RANCANG BANGUN DAN KAJIAN SISTEM PEMBUANGAN PANAS DARI RUANG PENDINGIN SISTEM TERMOELEKTRIK UNTUK PENDINGINAN JAMUR MERANG (Volvariella volvaceae)

RANCANG BANGUN DAN KAJIAN SISTEM PEMBUANGAN PANAS DARI RUANG PENDINGIN SISTEM TERMOELEKTRIK UNTUK PENDINGINAN JAMUR MERANG (Volvariella volvaceae)

Oleh : PERI PERMANA F14102083

2006 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

1

PERI PERMANA. F14102083. Rancang Bangun dan Kajian Sistem Pembuangan Panas dari Ruang pendingin Sistem Termoelektrik untuk pendinginan Jamur Merang (Volvariella Volvaceae). Dibawah bimbingan Leopold Oscar Nelwan dan Armansyah Halomoan Tambunan. 2006. RINGKASAN Mengingat keterbatasan tersedianya sumber energi konvensional terutama minyak bumi serta gas CO2 yang dihasilkan dari pembakaran minyak bumi berdampak buruk terhadap lingkungan, maka pemerintah Indonesia mengupayakan suatu kebijaksanaan untuk mengurangi peranan energi konvensional dan meningkatkan peranan jenis energi lain dalam memenuhi kebutuhan energi nasional. Diantaranya dengan mengadakan berbagai penelitian dan pengkajian terhadap pemanfaatan energi non-konvensional seperti energi surya, energi biomassa, energi angin, dan energi air. Salah satu penggunaan energi yang cukup besar yaitu pada proses pendinginan hasil pertanian. Sistem pendinginan termoelektrik merupakan salah satu alternatif dalam pemanfaatan energi non konvensional. Dalam penelitian ini prinsip termoelektrik yang digunakan adalah efek Peltier yang menyatakan bahwa bila dua buah logam atau bahan semi konduktor yang berbeda dihubungkan dan diberi arus, maka akan terdapat perbedaan suhu. Jika material termoelektrik dialiri arus listrik, panas yang ada disekitarnya akan diserap dan dilepaskan pada bagian yang lain. Dengan demikian, untuk mendinginkan udara tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya mesinmesin pendingin konvensional. Penelitian ini bertujuan untuk merancang ruang pendingin dengan sistem termoelektrik efek Peltier sebagai unit pendingin dan memperoleh data dari uji performansi alat, serta mengkaji sistem pembuangan panas dari ruang pendingin dengan menggunakan bantuan air pada sirip pembuangan panas. Ruang pendingin sistem termoelektrik ini terdiri dari lima bagian, yaitu : 1) ruang pendingin, 2) modul termoelektrik, 3) sistem sirkulasi udara dingin, 4) sistem pembuangan panas, dan 5) rak pendingin. Ruang pendingin terdiri dari kotak pendingin dan dinding insulasi. Kotak pendingin terdiri dari plat alumunium dan dinding insulasi terbuat dari bahan multiplek dan styrofoam. Sistem sirkulasi udara dingin hanya menggunakan bantuan kipas DC, sedangkan sistem pembuangan panas terdiri dari sirip pembuangan panas, bak air, pompa AC, dan menara pendingin. Pada penelitian ini digunakan tiga buah termoelektrik. Rancangan ruang pendingin termoelektrik didasarkan pada beban pendinginan total sebesar 37.31 W, yang terdiri dari beban yang melalui dinding 19.65 W, beban produk 14.59 W, beban aliran udara 0.31 W, dan beban kipas 2.76 W. Pengujian alat pendingin sistem termoelektrik ini hanya diuji coba tanpa produk. Hal ini dikarenakan suhu di ruang pendingin hanya bisa mencapai suhu rata-rata sebesar 26.93°C. Suhu yang baik untuk penyimpanan jamur merang sekitar 15°C dan apabila diatas 20°C maka jamur akan membusuk. Sehingga uji performansi dengan produk tidak dilakukan. Suhu terendah ruang pendingin pada

2

pengujian tanpa produk hari pertama 26.93 °C tercapai pada menit ke- 40, pada hari kedua adalah 27.02 °C tercapai pada menit ke 20, dan pada hari ketiga adalah 26.48 °C tercapai pada menit ke 10. Berdasarkan pengujian dan perhitungan bahwa menara pendingin memiliki range sebesar 0.25°C. Artinya bahwa menara pendingin dapat menurunkan suhu air yang mengalir dalam pipa kuningan pada bak sirip pembuangan panas sebesar 0.25°C. Dan memiliki approach sebesar 4.85 °C. Artinya bahwa suhu bola basah udara sekitar yang masuk ke dalam menara pendingin sebesar 4.85 °C. Besarnya arus listrik yang masuk ke dalam modul termoelektrik mempengaruhi kapasitas pendinginan modul termoelektrik. Semakin besar arus listrik yang masuk ke dalam mdul termoelektrik, semakin besar pula kapasitas pendinginan yang mampu dicapai oleh modul termoelektik

3

RANCANG BANGUN DAN KAJIAN SISTEM PEMBUANGAN PANAS DARI RUANG PENDINGIN SISTEM TERMOELEKTRIK UNTUK PENDINGINAN JAMUR MERANG (Volvariella Volvaceae)

SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : PERI PERMANA F14102083

2006 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

RIWAYAT HIDUP

4

Penulis dilahirkan pada tanggal 7 Juni 1984 di Bandung. Penulis merupakan anak keempat dari empat bersaudara dari pasangan Maman syamsuri dan Syamsiah. Penulis memulai masa pendidikan formal di SD Negeri Linggar I pada tahun 1990, kemudian lulus dari SLTP Negeri 1 Rancaekek pada tahun 1999 dan SMU Negeri 1 Cicalengka pada tahun 2002. Pada tahun 2002 penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA). Selama masa kuliah penulis memilih Teknik Biosistem sebagai Sub Program Studi. Penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan, yaitu menjadi pengurus BEM FATETA (Badan Eksekutif Mahasiswa) dari tahun 2003/2004 sampai dengan 2004/2005 dan berbagai kegiatan kemahasiswaan lainnya. Pada tahun 2005 penulis melakukan praktek lapangan di PT. Perkebunan Nusantara VIII, Perkebunan Teh Malabar, Bandung Selatan dengan judul ” Teknik Pengeringan dan Konsumsi Energi pada Proses Pengolahan Teh Hitam Di PTPN VIII, Perkebunan Malabar, Bandung Selatan”, sebagai tugas akhir dan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis melakukan penelitian yang berjudul ” Rancang Bangun dan Kajian Sistem Pembuangan Panas Pada Ruang Pendingin Termoelektrik untuk Pendinginan Jamur Merang (Volvariella volvaceae)

KATA PENGANTAR

5

Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Rancang Bangun dan Kajian Sistem pembuangan Panas dari Ruang Pendingin Sistem Termoelektrik untuk Pendinginan Jamur Merang (Volvariella Volvaceae) Penyusunan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan S1 di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Skripsi ini tersusun atas kerja sama dan bimbingan orang-orang yang telah membantu penulis selama penyusunan. Kepada mereka penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya : 1. Dr. Ir. Leopold Oscar Nelwan, MS selaku dosen pembimbing akademik yang memberikan arahan dan bimbingan selama kuliah serta penelitian dan penyusunan skripsi. 2. Prof. Dr.Ir. Armansyah H. Tambunan, MAgr. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan arahan dan bimbingan mengenai proses-proses disain. 3. Dr. Ir. I. Dewa Made Subrata, MAgr. selaku dosen penguji. 4. Program Due Like yang telah memberikan dana penelitian 5. Bapak dan Ibu serta kakak-kakak atas doa dan dukungannya. 6. Pak Harto, yang telah membantu dalam penelitian di lab. 7. Team PL (Ijun, Ceuceu, Ado, Isan, Ateu, Babe, Nano, Ima, dan Rejos), temen seperjuangan penelitian (Vera dan Rina), Windi, Budi, dan seluruh sahabatsahabat di lab EEP dan TEP 39 atas semangat dan kebersamaannya serta pihak-pihak yang tidak tersebut. . Bogor, Agustus 2006 Penulis

DAFTAR ISI

6

Halaman DAFTAR ISI .................................................................................................... .. vii DAFTAR TABEL ............................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR...........................................................................................ix DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... x DAFTAR SIMBOL............................................................................................. xi I. PENDAHULUAN ........................................................................................... 1 A. Latar Belakang.................................................................................. 1 B. Tujuan ............................................................................................... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 4 A. Jamur Merang (Volvariella volvaceae) ............................................. 4 B. Pendinginan Sistem Termoelektrik ................................................... 4 C. Rancangan Ruang Pendingin ............................................................ 9 D. Pindah Panas ..................................................................................... 15 E. Menara Pendingin ............................................................................. 19 III. RANCANGAN FUNGSIONAL DAN STRUKTURAL.............................. 20 A. Rancangan Fungsional....................................................................... 21 B. Rancangan Struktural......................................................................... 23 IV. KONSTRUKSI DAN KINERJA .................................................................. 29 A. Waktu dan Tempat ............................................................................ 29 B. Bahan dan Alat .................................................................................. 29 C. Prosedur Pengujian ........................................................................... 30 V. HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 33 A. Rancangan Ruang pendingin............................................................. 33 B. Uji Performansi Alat Tanpa Produk .................................................. 34 C. Kajian Pindah Panas Dari Ruang Pendingin ..................................... 40 D. Pindah Panas pada Menara Pendingin .............................................. 44 VI. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 46 A. Kesimpulan ........................................................................................ 46 B. Saran ................................................................................................... 47 DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................48

7

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Konstanta persamaan untuk permukaan isotermal.............................. 13 Tabel 2. Persamaan Nusselt untuk aliran laminar melintasi permukaan plat ... 13 Tabel 3. Konduktivitas panas beberapa bahan penukar panas .......................... 16 Tabel 4. Nilai-nilai aproksimasi koefisien transfer panas konveksi ................. 18 Tabel 5. Spesifikasi rancangan ruang pendingin............................................... 21 Tabel 6. Spesifikasi modul termoelektrik ........................................................ 25 Tabel 7. Spesifikasi Fotovoltaik ........................................................................ 28 Tabel 8 . Bahan yang digunakan pada penelitian .............................................. 29 Tabel 9. Parameter dan nama alat ukur ............................................................. 31 Tabel 10. Hasil perhitungan beban pendinginan ................................................. 33 Tabel 11. Hasil perhitungan beban panas yang melalui dinding ........................ 34 Tabel 12. Data hasil pengujian alat tanpa produk ............................................... 35 Tabel 13. Perbandingan suhu sirip pendingin dengan ekstender ........................ 39 Tabel 14. Hasil perhitungan beban pendingin dan pembuangan panas .............. 40 Tabel 15. Hasil perhitungan pindah panas oleh sirip pembuangan panas........... 42 Tabel 16. Perbandingan antara suhu air masuk dan keluar menara pendingin ... 44

8

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Rangkaian efek Seebeck.................................................................. 5 Gambar 2. Rangkaian efek Peltier .................................................................... 6 Gambar 3. Skema perpindahan kalor melalui dinding ...................................... 10 Gambar 4. Diagram alir perancangan ............................................................... 20 Gambar 5. Kotak pendingin ............................................................................. 23 Gambar 6. Dinding Insulasi .............................................................................. 24 Gambar 7. Rak pendingin ................................................................................. 24 Gambar 8. Modul termoelektrik ........................................................................ 25 Gambar 9. Sirip pendingin ................................................................................ 26 Gambar 10. Kipas dalam ..................................................................................... 26 Gambar 11. Menara pendingin ............................................................................ 27 Gambar 12. Sirip pembuang panas ..................................................................... 27 Gambar 13. Pompa air......................................................................................... 27 Gambar 14. Sel surya (fotovoltaik) ..................................................................... 28 Gambar 15. Skema pengukuran arus dan tegangan ............................................ 32 Gambar 16. Grafik hubungan antara arus, suhu, dan waktu pada pengujian tanpa produk hari pertama ..................................... 36 Gambar 17. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian tanpa produk hari pertama............................................................... 37 Gambar 18. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian hari kedua ............. 38 Gambar 19. Perubahan suhu yang terjadi selama pengijian hari ketiga ............. 38 Gambar 20. Skema posisi ekstender ................................................................... 39 Gambar 21. Skema sistem pembuangan panas pada sirip pembuang panas ....... 43 Gambar 22. Perubahan suhu air masuk dan keluar menara pendingin ............... 45

9

DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Ruang pendingin termoelektrik ................................................. 50 Lampiran 2. Ruang pendingin termoelektrik tampak isometri ...................... 51 Lampiran 3. Ruang pendingin termoelektrik tampak orthogonal .................. 52 Lampiran 4. Menara pendingin ...................................................................... 55 Lampiran 5. Sirip pendingin .......................................................................... 56 Lampiran 6. Sirip pembuang panas ................................................................ 57 Lampiran 7. Contoh perhitungan koefisien pindah panas konveksi .............. 58 Lampiran 8. Contoh perhitungan beban pendinginan .................................... 68 Lampiran 9. Contoh perhitungan beban pendinginan aktual pada kondisi I.. 72 Lampiran 10. Contoh perhitungan efisiensi sirip pada kondisi I ..................... 77 Lampiran 11. Contoh perhitungan laju pindah panas pada sirip ..................... 79 Lampiran 12. Perhitungan range dan approach pada menara pendingin ......... 81 Lampiran 13. Data percobaan hari pertama ..................................................... 82 Lampiran 14. Data percobaan hari kedua ........................................................ 84 Lampiran 15. Data percobaan hari ketiga ........................................................ 85

DAFTAR SIMBOL

10

A

= Luas permukaan bidang (m2)

Aa

= Luas permukaan dinding atas (m2)

Abl

= Luas permukaan dinding belakang (m2)

Abw = Luas permukaan dinding bawah (m2) Ad

= Luas permukaan dinding depan (m2)

Aka

= Luas permukaan dinding kanan (m2)

Aki

= Luas permukaan dinding kiri (m2)

Af

= Luas sirip (m)

A0

= Luas sirip total (m)

Cp

= Panas jenis produk (J/kg°C)

Es

= GGL termal Seebeck (V)

Gr

= Bilangan Grasshof (-)

g

= Percepatan gravitasi ( m2/s)

h

= Koefisien pindah panas konveksi (W/m2°C)

hin

= Koefisien pindah panas konveksi dinding dalam (W/m2°C)

h0

= Entalpi udara luar ruangan (kJ/kg u.k)

hi

= Entalpi udara dalam ruangan (kJ/kg u.k)

hout

= Koefisien pindah panas konveksi dinding luar (W/m2°C)

I

= Arus listrik (A)

k

= Konduktivitas panas (W/m2°C)

ks

= Efisiensi sirip

k1

= Konduktivitas panas alumunium (W/m°C)

k2,k4 = Konduktivitas panas multiplek (W/m°C) k3

= Konduktivitas panas styrofoam (W/m°C)

L

= Dimensi karakteristik (m)

m

= Massa produk (kg)

Nu

= Bilangan Nusselt

Pr

= Bilangan Prandtl

q

= Laju pindah panas konveksi (W)

qw

= Laju pindah panas konveksi dinding (W)

11

q0

= Jumlah panas pada terminal dingin atau kapasitas pendinginan modul termoelektrik (W)

qi

= Jumlah panas pada terminal panas (W)

Qa

= Beban panas yang melalui dinding atas (W)

Qp

= Pembuangan panas (W)

Qc

= Beban pendinginan (W)

Qbl = Beban panas yang melalui dinding belakang (W) Qbw = Beban panas yang melalui dinding bawah (W) Qd

= Beban panas yang melalui dinding depan (W)

Qka

= Beban panas yang melalui dinding kanan (W)

Qki

= Beban panas yang melalui dinding kiri (W)

Qmax = Kapasitas pendinginan maksimum (W) Qr

= Beban panas respirasi (W)

Qs

= Beban panas sensibel (W)

Qu

= Beban aliran udara (W)

R

= Hambatan listrik (ohm)

Rt

= Resistensi termal (K/W)

Ra

= Bilangan Rayleigh

Re

= Bilangan Reynold

Rr

= Laju respirasi (W/kg)

ri

= Jari-jari dalam (m)

ro

= Jari-jari luar (m)

T

= Suhu (°C)

Ta

= Suhu udara di luar ruangan (°C)

Tc

= Suhu pada terminal dingin (°C)

Tdd

= Suhu dinding dalam (°C)

Tdl

= Suhu dinding luar (°C)

Te

= Suhu sirip pendingin (°C)

T0

= Suhu sirip (°C)

Tf

= Suhu film (°C)

Th

= Suhu terminal panas (°C)

Tk

= Suhu sirip pembuang panas (°C)

12

Tl

= Suhu lingkungan (°C)

Tp

= Suhu pipa kuningan (°C)

Trng = Suhu ruangan (°C) Tw

= Suhu lingkungan (°C)

Twin = Suhu air masuk menara pendingin (°C) Twout = Suhu air keluar menara pendingin (°C) t

= Lama pendinginan (jam)

U

= Koefisien perpindahan kalor total (W/m2°C)

Ua

= Koefisien perpindahan kalor dinding atas (W/m2°C)

Ubl

= Koefisien perpindahan kalor dinding belakang (W/m2°C)

Ubw = Koefisien perpindahan kalor dinding bawah (W/m2°C) Ud

= Koefisien perpindahan kalor dinding depan (W/m2°C)

Uka

= Koefisien perpindahan kalor dinding kanan (W/m2°C)

Uki

= Koefisien perpindahan kalor dinding kiri (W/m2°C)

Us

= Koefisien pindah panas keseluruhan per meter persegi (W/K)

V

= Kecepatan (m/s)

W

= Laju aliran udara (kg/s)

X

= dimensi karakteristik (m)

x1

= Tebal alumunium (m)

x2,x4 = Tebal multiplek (m) x3

= Tebal Styrofoam (m)

Z

= Figure of Merit ( per derajat Kelvin)

α

= Koefisien Seebeck atau daya termoelektrik (V/K)

ß

= Koefisien volume pemuaian ( 1/K)

ρ

= Densitas (kg/m3)

µ

= Viskositas dinamik ( NS/m2)

υ

= Viskositas kinematik ( m2/s)

τ

= Koefisien Thomson ( V/K)

φ

= Koefisien Peltier (V)

η

= Efisiensi sirip total

∆x

= Tebal dinding (m)

∆T

= Beda temperatur antara permukaan dan fluida (°C)

13

I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Kebutuhan energi nasional semakin meningkat seiring dengan laju pertumbuhan ekonomi nasional, sehingga diperlukan adanya upaya untuk menjamin ketersediaan energi secara berkesinambungan dalam jumlah dan mutu yang cukup dengan tingkat harga yang wajar. Penyediaan energi untuk memenuhi kebutuhan energi dalam negeri masih didominasi oleh minyak bumi dan listrik, meskipun dalam dasawarsa terakhir ini peranannya semakin menurun. Peranan minyak bumi dalam pemenuhan kebutuhan energi di dalam negeri cenderung berkurang, jumlah pemasokannya tidak mengalami penurunan (Sasmojo et al., 1990). Faktor utama yang mempengaruhi meningkatnya konsumsi energi nasional konversi dari pertanian ke industri, disamping meningkatnya pendapatan perkapita masyarakat. Khususnya negara berkembang yang sedang mengalami perubahan struktur ekonomi seperti Indonesia, peningkatan kebutuhan energi umumnya lebih tinggi dibandingkan dengan pertumbuhan ekonominya. Mengingat keterbatasan tersedianya sumber energi konvensional terutama minyak bumi serta gas CO2 yang dihasilkan dari pembakaran minyak bumi berdampak buruk terhadap lingkungan, maka

pemerintah

Indonesia mengupayakan suatu kebijaksanaan untuk mengurangi peranan energi konvensional dan meningkatkan peranan jenis energi lain dalam memenuhi kebutuhan energi nasional. Diantaranya dengan mengadakan berbagai penelitian dan pengkajian terhadap pemanfaatan energi nonkonvensional seperti energi surya, energi biomassa, energi angin, dan energi air. Salah satu penggunaan energi yang cukup besar yaitu pada proses pendinginan hasil pertanian. Jamur merang merupakan salah satu komoditas hasil pertanian yang mempunyai nilai ekonomi cukup tinggi. Jamur merang segar, terutama yang masih kuncup mempunyai rasa lebih enak dibanding jamur merang yang telah mekar. Selain itu juga mempunyai harga pasar yang lebih tinggi, sehingga

14

jamur merang segar mempunyai nilai jual yang cukup tinggi baik untuk konsumsi dalam negeri maupun luar negeri. Pemilihan cara penanganan lepas panen jamur merang yang meliputi pengangkutan, pengemasan, dan penyimpanan sangat berperan dalam mempertahankan mutu jamur merang, terutama untuk memenuhi kebutuhan jamur merang dalam keadaan segar dan jumlah yang cukup besar. Untuk mempertahankan nilai ekonomi jamur merang, berbagai cara dapat dilakukan diantaranya dengan pengeringan, pengalengan, dan pendinginan. Pendinginan adalah pengambilan panas dari suatu benda atau ruangan yang bersuhu lebih rendah dari lingkungan alamiahnya. Pendinginan sudah lama dikenal sebagai salah satu metode untuk mempertahankan mutu bahan pangan. Pendinginan merupakan proses penurunan suhu bahan ke suhu tertentu di atas titik beku. Umur simpan bahan pangan (pertanian) untuk dikonsumsi dapat diperpanjang dengan penurunan suhu, karena dapat menurunkan aktivitas enzimatik dan reaksi kimiawi oleh mikroba. Salah satu jenis mesin pendingin yang umum digunakan pada zaman sekarang adalah mesin pendingin kompresi uap. Mesin pendingin jenis ini bekerja secara mekanik dan perpindahan panas dilakukan dengan memanfaatkan sifat refrigeran yang berubah dari fase cair ke fase gas (uap) kemudian ke fase cair kembali secara berulang. Namun penggunaan refrigeran terutama yang mengandung klor (Cl) seperti freon atau CFC (Chlorofluorocarbon), ternyata tidak ramah lingkungan. Zat-zat tadi selain dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi, juga berdampak terhadap pemanasan global. Selain itu, di masa mendatang diperkirakan kebutuhan energi akan semakin meningkat, sehingga diperlukan suatu energi alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk menjalankan suatu sistem pendinginan. Dalam penelitian ini prinsip termoelektrik yang digunakan adalah efek Peltier yang menyatakan bahwa bila dua buah logam atau bahan semi konduktor yang berbeda dihubungkan dan diberi arus, maka akan terdapat perbedaan suhu. Jika material termoelektrik dialiri arus listrik, panas yang ada disekitarnya akan diserap dan dilepaskan pada bagian yang lain. Dengan

15

demikian, untuk mendinginkan udara tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya mesin-mesin pendingin konvensional. Sumber energi pada sistem pendinginan termoelektrik pada penelitian ini berasal dari energi listrik, yang dihasilkan dari pengkonversian energi surya menjadi listrik menggunakan sel surya (fotovoltaik). Sehingga dapat dikatakan bahwa sistem pendinginan termoelektrik selain ramah lingkungan juga merupakan sistem pendinginan yang memanfaatkan energi alternatif sebagai sumber enrgi untuk menjalankan sistem pendinginannya.

B. TUJUAN PENELITIAN Penelitian ini bertujuan merancang dan uji performansi ruang pendingin dengan sistem termoelektrik efek Peltier sebagai unit pendingin, serta mengkaji sistem pembuangan panas dari ruang pendingin dengan menggunakan bantuan air pada sirip pembuangan panas.

16

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. JAMUR MERANG (Volvariella volvaceae) Jamur merang (Volvariella volvaceae) merupakan jamur tropika yang membutuhkan suhu udara yang cukup tinggi untuk pertumbuhannya. Suhu udara minimum yang dibutuhkan antara 20 – 28 °C. Bila suhu udara turun hingga dibawah 20°C maka jamur merang tidak akan berproduksi, walaupun tumbuh sampai stadia kancing, jamur akan mati atau busuk. Kelembaban udara juga merupakan faktor yang berpengaruh dalam pertumbuhan jamur. Umumnya kelembaban udara yang dibutuhkan sekitar 80 – 90%. Segera setelah dipanen jamur merang harus langsung dijual atau dikonsumsi. Namun apabila masih tertunda satu hari satu malam, bisa direndam dalam bak yang berisi air bersih. Semakin lama perendamannya, kualitas jamur segarnya menurun. Mutu stadia kancing dari jamur merang agar dapat bertahan dalam keadaan segar selama 4 hari, paling tidak harus memiliki temperatur 15 °C dengan kelembaban udara yang tinggi. Pada suhu 5°C akan terjadi chilling injury sedangkan pada suhu 20 °C jamur akan membusuk. Pada umumnya untuk memperoleh suhu penyimpanan sebesar 15 °C dengan kelembaban yang tinggi, para petani jamur melakukannya dengan cara pengemasan jamur merang dalam styrofoam cooler yang diberi es. Pada dasarnya agar jamur merang dapat bertahan lama, selain dilakukan dengan pengemasan ada juga yang dilakukan dengan metode lain, antara lain : pengalengan, penyimpanan dengan pengasapan, pengeringan, dan pasta jamur.

B. PENDINGINAN SISTEM TERMOELEKTRIK Joumot (1960) menyatakan, bahwa yang dimaksudkan dengan efek termoelektrik adalah segala fenomena yang melibatkan suatu pertukaran panas dan gaya listrik (GGL). Termoelektrik merupakan sebuah fenomena dimana terjadi perubahan sifat-sifat termodinamika menjadi sifat-sifat elektrik dan sebaliknya. Menurut Tambunan (2000) jika arus dilewatkan melalui suatu

17

termokopel maka akan terjadi 5 efek yang terdiri dari : Efek Seebeck, Peltier, Joule, Konduksi Panas, dan efek Thomson. Kelima efek ini timbul bersamasama pada saat sistem termoelektrik berlangsung. a. Efek Seebeck Fenomena termoelektrisitas ditemukan oleh T.J. Seebeck pada tahun 1821. Jika dua logam konduktor tak sama ( A dan B ) dirangkaikan seperti pada gambar 1, dan masing-masing ujungnya berada pada suhu berbeda, maka akan terjadi arus listrik pada rangkaian tersebut. Arus listrik tersebut akan tetap mengalir selama dua ujung rangkaian tersebut berada pada suhu yang berbeda. Jika logam A bersifat lebih positif (+) terhadap logam B, maka arus akan mengalir dari A ke B melalui T1. Fenomena ini banyak diterapkan pada mekanisme pengukuran suhu dengan termokopel. A (+)

T2

T1 Aliran arus B (-)

Gambar 1. Rangkaian efek Seebeck Gaya gerak listrik yang menghasilkan arus listrik tersebut dikenal dengan ”GGL termal Seebeck”. Hubungan antara beda suhu dengan GGL tersebut adalah : E S = α (Th − Tc ) ........................... ................................................. (1) Dimana : Es

: GGL termal Seebeck (V)

α

: koefisien Seebeck atau daya termoelektrik (V/K)

Th

:

Tc

: suhu terminal dingin (K)

suhu terminal panas (K)

18

b. Efek Peltier Efek pemanasan dan pendinginan pada persambungan dua konduktor yang berbeda ditemukan oleh Jean Peltier pada tahun 1834. Jika arus dialirkan pada rangkaian dua konduktor yang berbeda maka akan terjadi beda suhu pada kedua ujungnya. Beda suhu tersebut terjadi karena sejumlah panas dilepas pada salah satu ujungnya dan sejumlah lain panas diserap pada ujung lainnya. Saat arus mengalir dari logam A (+) ke logam B (-) maka akan terjadi pelepasan panas pada ∆ T1 - ∆ T, selanjutnya jika arus mengalir dari logam B (-) ke logam A (+) akan terjadi penyerapan panas pada ∆ T1 + ∆ T. A (+)

T1 - ∆T

T1 + ∆T Aliran arus B (-) Gambar 2. Rangkaian efek Peltier

Besaran efek Peltier dinyatakan sebagai perkalian antara suhu Junction (K) dengan laju perpindahan GGL termal pada suhu tersebut, seperti ditunjukkan pada persamaan (2). Berdasarkan analisis dapat diketahui bahwa efek Peltier tidak menyebabkan suhu Junction yang berarti jika arus yang mengalir hanya setara dengan GGL termalnya.

Q = ΦI ....................................................................................... (2) Dalam hal ini, Φ adalah koefisien Peltier (volt), I adalah arus (A) dan t adalah waktu (detik). Efek Peltier ini menjadi dasar utama sistem pendinginan efek termoelektrik.

19

c. Efek Joulean Efek Joulean yaitu pembentukan panas sebagai akibat dari arus yang mengalir karena terbentuknya GGL pada efek Seebeck di atas. Panas Joulean yang terbentuk adalah sebesar :

Q = I 2 R ......................................................................................... (3) Dimana Q adalah panas Joulean (W), I adalah arus (A) dan R adalah total tahanan pada rangkaian (ohm). d. Efek Konduksi Efek konduksi yaitu jika salah satu ujung jembatan termokopel tersebut dipertahankan pada suhu yang lebih tinggi dari ujung lainnya, maka akan terjadi aliran panas dari ujung yang lebih panas ke ujung lebih dingin. Efek ini bersifat tak mampu balik, dan besarnya adalah :

Q = U s (Th − Tc ) ............................................................................. (4) Dimana U adalah koefisien panas kesuluruhan (W/m2K). e. Efek Thomson Jika arus mengalir melalui konduktor termokopel yang pada mulanya bersuhu seragam, maka panas Joulean akan menyebabkan gradien suhu sepanjang termokopel tersebut, dengan hubungan : τ =

Q ΔT ...................................................................................... (5) I

Dimana τ adalah koefisien Thomson (V/K) Efek Peltier dapat dimanfaatkan untuk tujuan pendinginan dengan memilih secara tepat dua konduktor berbeda yang akan digunakan. Konduktor dipilih sedemikian hingga daya termoelektrik αp positif dan αn negatif. Pada kondisi tunak (steady), penyerapan dan pelepasan panas ke atmosfer dapat dianggap terjadi hanya pada jembatan tersebut dan sifat bahan tetap.

20

Dengan demikian, keseimbangan panas yang terjadi adalah :

q o = (α p − α n )Tc I − U s (Th − Tc ) −

1 2 I R ....................................... (6) 2

q1 = (α p − α n )Tc I − U s (Th − Tc ) +

1 2 I R ....................................... (7) 2

Dimana : q0

: panas

q1

: panas pada terminal panas (W)

Th

: suhu pada terminal panas (K)

Tc

: suhu pada terminal dingin (K)

I

: arus listrik (A)

R

: hambatan listrik (ohm)

α

: koefisien Seebeck (V/K)

Us

: koefisien pindah panas keseluruhan per meter persegi (W/K)

pada terminal dingin (W)

Dari persamaan (6) diperoleh : Th − Tc =

(α

p

− α n )Tc I − Us

1 2 I R − q0 2 ............................................. (8)

Yang menunjukkan bahwa beda suhu ( Th-Tc ) maksimum terjadi saat efek pendinginan q0 sama dengan nol. Tenaga baterai (W) yang diperlukan sebagai kompensasi

kehilangan

daya

karena

efek

Joulean

dan

counteract

pembangkitan daya oleh efek Seebeck, adalah :

w = (α p − α n )(Th − Tc )I + I 2 R ....................................................... (9) Sehingga koefisien penampilan sistem pendingin (COP) adalah : q COP = 0 = w

(α

p

− α n )Tc I − U s (Th − Tc ) −

1 2 I R 2 ......................... (10) (α p −α n )(Th − Tc )I + I 2 R

Untuk sistem termoelektrik yang mampu balik secara sempurna, tanpa efek Joulean dan konduksi, maka nilainya akan sama dengan COP siklus Carnot. Nilai q0, (Th – Tc) dan COP dapat dimaksimalkan, dan nilainya diperoleh dengan menurunkan masing-masing persamaan yang berkaitan dengan arus (I) dan menyamakan dengan nol, yaitu :

21

I opt =

(α

p

− α n )Tc R

(Th − Tc )mak Z=

(α

......................................................................... (11)

1 2 ZTc ...................................................................... (12) 2

=

−αn )

2

p

UsR

.............................................................................. (13)

Dimana, Z adalah figure of merit (per derajat Kelvin)

C. RANCANGAN RUANG PENDINGIN

Perancangan ruang pendingin dipengaruhi oleh pemilihan dinding ruang pendingin, disamping sistem pendinginan yang ditetapkan (Simbolon, 2003). Hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan dan perancangan dinding ruang pendingin adalah sifat higrotermal (konduktivitas panas dan difusi uap air) bahan tersebut. Sifat konduktivitas panas yang rendah (bersifat isolatif) diperlukan untuk mencegah atau meminimalkan intrusi panas dari lingkungan ke dalam ruang pendingin. Intrusi panas akan berakibat pada peningkatan beban pendinginan dan efektivitas penggunaan energi alat atau mesin pendingin tersebut, disamping tidak tercapainya suhu akhir bahan yang diinginkan. Menurut Simbolon (2003) perbedaan tekanan uap yang sangat besar antara lingkungan dengan ruang pendingin menyebabkan uap air dapat berdifusi dari lingkungan melalui dinding. Jika terperangkap dalam pori-pori dinding, maka pada jarak tertentu dari dinding dalam ruang pendingin, uap air tersebut akan mengalami kondensasi dan bahkan membeku. Karena volume jenis es lebih besar dari pada air, maka es akan menyebabkan terjadinya rongga yang makin lama makin besar pada lokasi pendinginan tersebut. Hal ini lambat laun akan menyebabkan menggelembungnya dinding, dan bahkan dapat rusak. Oleh sebab itu, dinding ruang pendingin harus diusahakan dari bahan yang mempunyai sifat higrotermal yang sesuai.

22

Menurut

Dossat

(1961)

pada

pendinginan

komersial,

beban

pendinginan total terbagi atas empat bahan terpisah, diantaranya : (1) beban yang melalui dinding, (2) beban karena aliran udara, (3) beban produk, (4) beban lain-lain. Beban-beban tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Beban yang melalui dinding Beban yang melalui dinding disebut sebagai beban kebocoran dinding, yaitu banyaknya panas yang bocor menembus dinding ruang pendingin dari bagian luar ke dalam. Karena tidak ada insulasi yang sempurna, maka akan selalu ada beban panas yang berasal dari luar ke dalam ruangan, karena suhu di dalam ruangan lebih rendah daripada suhu di luar. Gambar 3 menunjukkan skema perpindahan panas yang melalui dinding.

Lingkungan

h0 Ta

Ruangan k

∆x

h1 Tr

Gambar 3. Skema perpindahan kalor melalui dinding Menurut Holman (1997) nilai konduktivitas termal dari suatu bahan menunjukkan berapa cepat panas mengalir dalam bahan tersebut. Semakin cepat molekul bergerak, makin cepat pula molekul tersebut memindahkan energi. Oleh karena itu, untuk meminimalkan pindah panas yang terjadi dari lingkungan ke dalam ruang pendingin, sebaiknya digunakan bahan dinding yang mempunyai nilai konduktivitas termal rendah, sehingga beban pendinginan yang melalui dinding tidak terlalu besar. Menurut Welty et al. (2004) perpindahan panas yang disebabkan konveksi merupakan pertukaran panas antara suatu permukaan dengan fluida di dekatnya. Pada dinding, perpindahan panas secara konveksi terjadi antara permukaan dinding dengan udara yang mengalir di sekitar permukaan dinding.

23

Konveksi bebas, dimana fluida yang lebih panas (atau lebih dingin) di dekat batas padatan akan menyebabkan sirkulasi udara karena adanya perbedaan densitas yang dihasilkan dari variasi temperatur di seluruh fluida tersebut. Persamaan laju perpindahan panas konveksi pertama kali dinyatakan oleh Newton pada tahun 1701, dan disebut sebagai persamaan laju Newton atau hukum Newton tentang pendinginan. Persamaan tersebut adalah :

q = hΔT ........................................................................................ (14) A Dimana : q

: laju pindah panas konveksi (W)

A

: luas daerah yang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2)

∆T

: beda temperatur antara permukaan dan fluida (°C)

H

: koefisien perpindahan panas konveksi (W/m°C) Pada

perhitungan

beban

pendinginan

yang

melalui

dinding,

h digunakan untuk mencari nilai koefisien perpindahan panas total, sesuai dengan persamaan berikut : U=

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx 1 ⎜⎜ + + + ..... + n + k1 k2 kn hout ⎝ hin

⎞ ⎟⎟ ⎠

.................................... (15)

Besarnya beban melalui pendinginan adalah :

Q = UA(Ta − Tr ) ............................................................................. (16) Dimana : U

: koefisien perpindahan kalor total (W/m2°C)

h

: koefisien konveksi udara (W/m2°C)

∆x

: tebal dinding (m)

k

: koefisien konduksi (W/m2°C)

Q

: beban melalui dinding (W)

A

: luas permukaan dinding (m2)

Ta

: suhu udara di luar ruangan (°C)

Tr

: suhu udara di dalam ruangan (°C)

1,….n

: jumlah lapisan dinding

24

Menurut Holman (1997) koefisien perpindahan panas konveksi bebas untuk berbagai situasi, dapat dinyatakan dalam bentuk fungsi tanpa dimensi berikut :

Nu f = C (Gr f Pr f

)

m

....................................................................... (17)

Subkrip f menunjukkan bahwa sifat-sifat untuk bilangan tak berdimensi yang dievaluasi pada suhu film. Nu f didefinisikan pada persamaan (21), Tf =

Ta + Tw .................................................................................. (18) 2

Gr =

g .β .ΔT .x 3 ............................................................................ (19) v2

Pr =

Cpμ ....................................................................................... (20) k

Dimana : Nuf

: bilangan Nusselt

Tf

: Temperatur film (°C)

Gr

: bilangan Grasshof (-)

Pr

: bilangan Prandtl Hasil perkalian antara bilangan Grashof dan bilangan Prandtl disebut

angka Rayleigh : Ra = Gr. Pr .................................................................................... (21)

Dimensi karakteristik yang digunakan dalam bilangan Grashof bergantung pada geometrinya. Untuk plat vertikal hal itu ditentukan oleh tinggi plat L; untuk plat horizontal oleh panjang plat x; untuk silinder horizontal oleh diameter d; dan demikian seterusnya. Bentuk fungsi persamaan (17) banyak digunakan, dengan nilai-nilai konstanta C dan m tertentu untuk setiap kasus. Nilai konstanta C dan m dapat dilihat pada tabel 1. Persamaan bilangan Nusselt dapat dilihat pada tabel 2. Pada perpindahan panas konveksi paksa, kecepatan aliran fluida menentukan nilai bilangan Reynold dan jenis aliran fluidanya. Re =

ρVL ...................................................................................... (22) μ

25

Tabel 1. Konstanta persamaan untuk permukaan isotermal (Holman, 1997) Geometri

C

m

10 - 10 109 - 1013

0.59 0.021

1/4 2/5

Permukaan atas plat panas atau permukaan bawah plat dingin

2 x 104 – 8 x 106

0.54

1/4

8 x 106 - 1011

0.15

1/3

Permukaan bawah plat panas atau permukaan plat dingin

105 - 1011

0.27

1/4

Gr f Pr f 4

Bidang dan silinder vertikal

9

Tabel 2. Persamaan Nuselt untuk aliran laminar melintasi permukaan plat (Holman,1997) Jenis Aliran Laminar, lokal Laminar, lokal

Laminar, lokal Laminar, lokal

Laminar, rata-rata

Batasan

Persamaan Nu Nux = 0.332 Rex1/2Pr1/3

5

Tw = konstan, Rex<5 x 10 0.6 < Pr < 50 Tw = konstan, Rex < 5 x 105 RexPr > 100

qw = konstan, Rex < 5 x 105 0.6 < Pr < 50 qw = konstan, Rex < 5 x 105 RexPr > 100

ReL < 5 x 105

Nu =

0.3387 Re x

1/ 2

Pr 1 / 3

⎡ ⎛ 0.0468 ⎞ 2 / 3 ⎤ ⎟ ⎥ ⎢1 + ⎜ ⎣⎢ ⎝ Pr ⎠ ⎦⎥

1/ 4

Nux = 0.453 Rex1/2Pr1/3 Nu =

0.3387 Re x

1/ 2

Pr 1 / 3 1/ 4

⎡ ⎛ 0.0468 ⎞ 2 / 3 ⎤ ⎟ ⎥ ⎢1 + ⎜ ⎢⎣ ⎝ Pr ⎠ ⎥⎦ NuL = 2 Nux=L = 0.664 ReL1/2Pr1/3

Persamaan yang digunakan untuk mengetahui nilai koefisien perpindahan panas, baik untuk perpindahan panas konveksi bebas ataupun konveksi paksa adalah sebagai berikut : h=

Nu.k ........................................................................................ (23) x

Dimana ; U

: koefisien perpindahan kalor total (W/m2°C)

h

: koefisien konveksi udara (W/m2°C)

26

∆x

: tebal dinding (m)

K

: koefisien konduksi (W/m2°C)

q

: beban melalui dinding (Watt)

Ta

: suhu udara di luar ruangan (°C)

Tf

: suhu udara di dalam ruangan (°C)

b. Beban aliran udara Pada saat pintu ruang pendingin terbuka, panas yang berasal dari luar akan memasuki ruangan dan akan mengganti sejumlah udara dingin yang hilang dari ruang pendingin ketika pintu terbuka. Besarnya panas yang pindah dari udara panas lingkungan ke dalam ruangan akan menjadi bagian dalam beban pendinginan total. Jenis beban ini biasa disebut dengan beban aliran udara. Besarnya beban aliran udara dapat dilihat pada persamaan di bawah ini : Q = W (h0 − hi ) ............................................................................... (24) Dimana : Q

: beban aliran udara (W)

W

: laju aliran udara (kg/s)

h0

: entalpi udara luar ruangan (kJ/kg u.k)

hi

: entalpi udara dalam ruangan (kJ/kg u.k)

c. Beban produk Beban produk berasal dari panas yang harus dipindahkan dari produk yang didinginkan agar dapat menurunkan suhu produk hingga mencapai suhu pendinginan yang diharapkan. •

Beban panas sensibel Qs =

mCp (Tawal − Takhir ) ...................................................................... (25) Chillingfactor

Dimana : Qs

: beban penurunan suhu (J)

m

: massa produk (kg)

Cp

: panas jenis produk (J/kg°C)

27

T

: suhu produk (°C)

•

Beban respirasi produk Qr = mp x Rr ........................................................................................ (26)

Dimana : Rr

:

Qr

: beban respirasi produk

laju respirasi (W/kg)

d. Beban lain-lain Beban lain-lain biasanya berhubungan dengan beban yang berasal dari instalasi penunjang yang menghasilkan panas (menjadi sumber panas). Beban ini bisa dari panas yang berasal dari aktivitas pekerja yang berada di dalam ruang pendingin, lampu atau peralatan elektronik lainnya yang digunakan di dalam ruang pendingin.

D. PINDAH PANAS

Pindah panas didefinisikan sebagai laju perpindahan panas yang melintasi batas suatu sistem akibat perbedaan suhu. Pindah panas berhubungan dengan laju perpindahan panas dan penyebaran suhu dalam sistem.

Perpindahan

panas

pada

penukar

panas

dapat

berlangsung

dengan cara : a. Konduksi Menurut Welty (2004) transfer energi konduksi terjadi melalui dua cara. Mekanisme pertama adalah mekanisme interaksi molekuler, dimana dalam mekanisme ini gerakan lebih besar yang dilakukan oleh suatu molekul yang berada pada tingkat energi (temperatur) yang lebih tinggi memberikan energi ke molekul-molekul di dekatnya yang berada pada tingkat energi yang lebih rendah. Mekanisme transfer-panas konduksi yang kedua adalah melalui elektron-elektron bebas. Mekanisme elektron bebas seringkali terjadi terutama dalam padatan metalik-murni; konsentrasi elektron bebas sangat bervariasi pada paduan logam (alloy) dan sangat rendah pada padatan nonmetalik.

28

Kemampuan padatan untuk mengkonduksikan panas berbeda-beda tergantung pada konsentrasi elektron bebasnya, sehingga tidak mengherankan apabila metal-metal murni adalah konduktor panas yang terbaik, seperti yang telah sering kita lihat. Karena konduksi panas pada intinya merupakan fenomena molekuler, kita dapat memperkirakan bahwa persamaan dasar yang digunakan untuk menggambarkan proses ini akan serupa dengan persamaan yang digunakan dalam transfer momentum molekuler. Persamaan semacam itu dinyatakan pertama kali pada tahun 1822 oleh Fourier dalam bentuk qx dT = −k A dx

... ....................................................................... (27)

Dimana : qx

: laju transfer panas dalam arah x (Watt)

A

: luas daerah yang normal (tegak lurus terhadap aliran panas (m2))

dT dx

k

: gradien temperatur dalam arah x (K/m) : konduktivitas termal (W/m.K)

Tabel 3. Konduktivitas Panas Beberapa Bahan Penukar Panas (Holman,1986) Bahan

Konduktivitas Panas (k), W/m°C 0°C

100°C

200°C

300°C

400°C

600°C

Alumunium

202

206

215

228

259

-

Besi

73

67

62

55

48

40

Magnesium

171

168

163

157

-

-

Nikel

93

83

73

64

59

-

Perak

417

415

412

-

-

-

Tembaga

386

379

374

369

363

153

Timah

65.9

59

56

-

-

-

29

Untuk silinder panjang berongga, aliran energi radial secara konduksi melewati sebuah silinder panjang berongga dapat dihitung dengan persamaan (28) sebagai

qr 2πk (Ti − To ) .................................................................. (28) = L ln(ro / ri ) Dimana : ri

: jari-jari dalam (m)

ro

: jari-jari luar (m)

Ti

: temperatur di permukaan dalam (K)

To

: temperatur di permukaan luar (K)

Dan resistensi termal dari silinder berongga adalah r ln⎛⎜ o ⎞⎟ r Rt = ⎝ i ⎠ ................................................................................ (29) 2πkL Dimana : Rt

: Resistensi termal (K/W)

b. Konveksi Transfer panas yang disebabkan konveksi melibatkan pertukaran panas antara suatu permukaan dengan fluida di dekatnya. Suatu pembedaan harus dibuat antara konveksi paksa (forced convection), dimana suatu fluida dibuat mengalir melalui suatu permukaan padat oleh suatu komponen eksternal (external agent) seperti kipas atau pompa, dan konveksi bebas, atau konveksi alami, dimana fluida yang lebih panas (atau lebih dingin) di dekat batas padatan akan menyebabkan sirkulasi karena adanya perbedaan densitas yang dihasilkan dari variasi temperatur di seluruh daerah dari fluida tersebut. Persamaan laju untuk transfer panas konveksi dapat dilihat pada persamaan (14). Tabel 4 menampilkan beberapa nilai h untuk mekanismemekanisme konvektif yang berbeda.

30

Tabel 4. Nilai-nilai aproksimasi koefisien transfer-panas konveksi Mekanisme Konveksi bebas, udara Konveksi paksa, udara Konveksi paksa, air Air mendidih Uap air yang berkondensasi

h, W/(m2.K) 5-50 25-250 250-15000 2500-25000 5000-100000

c. Efisiensi Sirip Efisiensi sirip menurut Stoecker ( 1987) dapat didefinisikan sebagai Perbandingan antara laju perpindahan panas yang sebenarnya dan panas yang dapat dipindahkan oleh sirip. Efisiensi sirip dapat dihitung menggunakan persamaan berikut

η = 1−

ks =

Af A0

(1 − k s )

.......................................................................... (30)

tanh mL ................................................................................. (31) mL

mL =

2h ................................................................................... (32) kΔx

Dimana : h

: efisiensi sirip total

ks

: efisiensi sirip

Af

: luas sirip (m)

A0

: luas sirip total (m)

T0

: temperatur sirip (°C)

Tw

: temperatur lungkungan (°C)

31

E. MENARA PENDINGIN

Menara pendingin adalah salah satu bentuk kondensor yang berfungsi untuk melepaskan panas pada alat atau mesin pendingin yang berkapasitas besar. Menara pendingin biasanya menggunakan air sebagai refrigeran. Prinsip kerja menara pendingin yaitu air yang bersuhu tinggi karena melalui heat

exchanger

dipompakan

ke

menara

pendingin.

Air

kemudian

disemprotkan melalui ujung-ujung nozel dengan tujuan memperluas permukaan kontak antara air dengan udara yang yang dihembuskan dari bagian bawah menara pendingin. Akibat hembusan udara tersebut dan luasnya permukaan kontak mengakibatkan suhu dari air menurun, terlebih lagi dengan adanya fill yang memperluas permukaan aliran air dari atas dengan mempergunakan mangkuk-mangkuk penampung, busa, maupun spons. Penurunan panas dari air ini dicapai dengan menukarkan panas laten (laten heat) dari penguapan beberapa sirkulasi air dan sebagian dengan memindahkan panas sensible (sensible heat) ke udara.

Air yang telah

menurun suhunya akan ditampung di water basin, dan kemudian akan dialirkan kembali oleh pompa ke bagian heat exchanger sehingga membentuk siklus yang berkesinambungan. Prestasi menara pendingin biasanya dinyatakan dalam range dan approach. Range adalah penurunan suhu air yang melalui menara pendingin. Approach adalah selisih antara suhu bola basah udara yang masuk dan suhu air yang keluar dari menara pendingin.

32

III. RANCANGAN FUNGSIONAL DAN STRUKTURAL

Perancangan meliputi rancangan fungsional dan struktural. Rancangan fungsional adalah penggunaan alat berdasarkan fungsinya pada sistem pendinginan. Sedangkan rancangan struktural meliputi pemilihan bahan dan dimensi dari tiap-tiap bagian dalam sistem pendinginan. Jumlah produk yang akan didinginkan

Ukuran ruangan

Penentuan bahan dan tebal dinding

Beban pendinginan

Kebutuhan modul termoelektrik

Penentuan tata letak modul termoelektrik pada ruang pendingin

Penentuan sistem pembuangan panas

Pengujian sistem termoelektrik Gambar 4. Diagram alir perancangan

33

Tabel 5. Spesifikasi rancangan ruang pendingin No 1.

Nama Bagian Ruang Pendingin

Keterangan Kotak pendingin Dinding Insulasi

2.

Rak pendingin Modul termoelektrik Sistem sirkulasi udara dingin Sistem pembuangan panas

Kotak kassa

3. 4. 5.

Qmax = 53 W Sirip pendingin Kipas DC (12V, 2.5W) Pompa AC ( 220 V, 18 W) Sirip pembuangan panas Pipa kuningan

Dimensi 50 cm x 50 cm x 40 cm Tebal = 10.85 cm, khusus dinding belakang tebal = 4.4 mm 45 cm x 45 cm x 5 cm

Jumlah -

40 mm x 40 mm x 3.8 mm 30 cm x 3 cm x 12 cm 12 cm x 12 cm x 3.8 cm

3 buah 1 buah 1 buah

5 cm x 7 cm x 5 cm

1 buah

30 cm x 3 cm x 12 cm

1 buah

Panjang = 1.6 m Diameter dalam = 1 cm Tebal = 1mm

1 buah

3 buah

A. RANCANGAN FUNGSIONAL a. Kotak Pendingin

Ruang pendingin terdiri dari beberapa bagian penyusun, salah satunya adalah kotak pendingin yang berfungsi sebagai tempat proses pendinginan berlangsung. b. Dinding Insulasi

Dinding insulasi berfungsi untuk mencegah atau meminimalkan intrusi panas dari lingkungan ke dalam ruang pendingin. c. Modul Termoelektrik

Modul termoelektrik berfungsi untuk menyerap kalor dari dalam kotak pendingin dan membuangnya ke lingkungan.

34

d. Sirip Pendingin

Sirip pendingin berfungsi untuk memperluas permukaan terminal dingin modul termoelektrik dan merambatkan dingin yang dihasilkan oleh sisi (terminal) dingin modul termoelektrik secara konduksi. e. Seal Pintu

Seal berfungsi untuk menghindari masuknya udara panas dari lingkungan ke dalam ruang pendingin.

f. Sistem Sirkulasi Udara Dingin di Dalam Ruang Pendingin

Sistem sirkulasi udara dingin terdiri dari kipas dalam. Sistem ini berfungsi untuk meratakan penyebaran udara dingin di dalam ruang pendingin dan untuk mencegah terbentuknya lapisan isolator di dalam ruang pendingin. Hal ini disebabkan karena udara akan bersifat isolator apabila udara diam (tanpa sirkulasi) dalam waktu yang lama, sehingga dapat mengakibatkan terhambatnya proses pindah panas dari dalam ruang pendingin ke atmosfer (lingkungan). g. Sistem Pembuangan Panas Pada Ruang Pendingin

Sistem pembuangan panas terdiri dari sirip pembuangan panas yang terendam dalam bak yang berisi air dan dibantu oleh air yang mengalir dari menara pendingin dengan maksud untuk mendinginkan air yang ada di dalam bak. Penggunaan air sebagai fluida penghantar pindah panas digunakan karena air memiliki koefisien konveksi yang lebih besar dibandingkan dengan udara. •

Sirip Pembuang Panas Sirip pembuang panas berfungsi untuk memperluas permukaan

pindah panas

pada sisi (terminal) panas modul termoelektrik yaitu

dengan cara merambatkan panas yang dihasilkan oleh terminal panas modul termoelektrik secara konduksi. Sirip pembuang panas dilengkapi dengan bak penampung air untuk memindahkan panas dari sirip ke air.

35

•

Pompa air Pompa berfungsi untuk memompa air dari menara pendingin ke

bak penampung air melalui pipa kuningan. •

Menara Pendingin Menara pendingin berfungsi untuk melepaskan panas dari air

yang melalui pipa kuningan sehingga air yang telah bak penampungan air dapat dingin kembali dalam waktu yang cepat. h. Sel Surya (Fotovoltaik)

Fotovoltaik berfungsi untuk mengkonversi energi surya menjadi energi listrik yang akan digunakan sebagai sumber energi pada modul termoelektrik.

B. RANCANGAN STRUKTURAL a. Kotak Pendingin

Kotak pendingin terbuat dari plat alumunium dengan ketebalan 0.2 mm. Bahan alumunium ini dipilih karena memiliki nilai konduktivitas yang cukup besar sehingga dapat mempercepat terjadinya proses pindah panas di dalam ruang pendingin dan tidak mudah berkarat sehingga komoditas pertanian yang disimpan di dalam ruang pendingin aman dari bahaya karat (korosi). Panjang kotak pendingin adalah 50 cm, lebar 50 cm dan tinggi 40 cm. Dimensi ini digunakan untuk pendinginan jamur merang sebanyak 5 kg.

Gambar 5. Kotak Pendingin

36

b. Dinding Insulasi

Dinding insulasi dibuat pada setiap sisi kotak pendingin, sehingga akan membentuk sebuah ruang pendingin. Bahan dinding insulasi yang digunakan ada 2 macam, yaitu multiplek dan styrofoam. Kedua bahan ini dipilih karena harganya relatif murah, mudah didapat, dan mempunyai nilai konduktivitas yang cukup rendah.

Gambar 6. Dinding insulasi Dinding insulasi terdiri dari 3 lapisan, urutan lapisan dinding dari luar ke dalam adalah multiplek, styrofoam, multiplek. Dinding depan ruang pendingin dibuat sebagai pintu untuk memasukkan dan mengeluarkan produk.

c. Rak Pendingin

Rak pendingin terdiri dari kotak kassa yang disangga oleh alumunium berbentuk siku. Kotak kassa terbuat dari kassa alumunium, dengan dimensi 45 cm x 45 cm x 5 cm.

Gambar 7. Rak Pendingin

37

d. Modul Termoelektrik

Modul termoelektrik berukuran 40 mm x 40 mm x 3.8 mm. Bahan metal penyusunnya tidak diketahui. Pada penelitian ini modul termoelektrik yang digunakan adalah modul termoelektrik yang sudah jadi dan tersedia di pasaran. Modul termoelektrik dipasang pada dinding belakang ruang pendingin. Hal ini bertujuan untuk memaksimalkan penyerapan panas yang terjadi pada terminal dingin dan untuk memperlancar proses pembuangan panas yang terjadi pada terminal panas..

Gambar 9. Modul Termoelektrik

Gambar 8. Modul Termoelektrik Tabel 6. Spesifikasi modul termoelektrik Tipe

TEC - 12706

Qmax (W)

53

Imax (A)

6.4

Vmax (V)

14.9

∆Tmax (°C)

68

R (ohm)

1.98

Mc (pasangan)

128

L (m)

4 x 10-3

A (m)

6.08 x 10-5

e. Seal Pintu

Seal terbuat dari karet yang akan dipasang di pintu bagian dalam dengan dimensi 69 cm x 60 cm dan memiliki ketebalan 1 cm.

38

f. Sistem Sirkulasi Udara Dingin di Dalam Ruang Pendingin

•

Sirip Pendingin Sirip pendingin terbuat dari bahan alumunium, dengan dimensi

30 cm x 11 cm x 4 cm.

Gambar 9. Sirip Pendingin •

Kipas Dalam Kipas dalam yang digunakan merupakan kipas DC yang

berukuran 12 cm x 12cm x 3.8 cm serta memiliki daya 2.5 W.

Gambar 10. Kipas dalam

g. Sistem Pembuangan Panas Pada Ruang Pendingin

•

Sirip Pembuangan Panas dengan Sistem Air Sirip pembuang panas terbuat dari bahan alumunium, dengan

dimensi 30 cm x 11 cm x 4 cm. Sirip yang akan digunakan pada sistem pembuangan panas hampir sama dengan sirip pendingin yang terdapat di dalam ruang pendingin, yang membedakan adalah sirip pembuangan panas memiliki bak penampung air serta dilengkapi dengan pipa

39

kuningan berbentuk spiral berisi aliran air dari menara pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan air yang ada di dalam bak.

Gambar 11. Menara pendingin •

Gambar 12. Sirip pembuang panas

Menara pendingin Menara pendingin terbuat dari plastik. Menara pendingin diisi

oleh busa yang berfungsi untuk memperluas permukaan aliran air. •

Pompa air Pompa air AC memiliki tegangan 220 V dan daya 18 W.

Gambar 13. Pompa air

40

h. Sel Surya (Fotovoltaik)

Spesifikasi sel surya yang akan digunakan dapat dilihat pada tabel 7. Tabel 7. Spesifikasi fotovoltaik Tipe Modul

BP 275 F

Nominal Peak Power, Pmax (W)

75.00

Peak Power Voltage, Vmax (V)

17.00

Peak Power Current, Imp (A)

4.45

Short Circuit Current, Isc (A)

4.75

Open Circuit Voltage, Voc (V)

21.40

Minimum Power, Pmin (W)

70.00

Gambar 14. Sel surya (fotovoltaik)

41

IV. KONSTRUKSI DAN KINERJA

A. WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian ini dilaksanakan selama empat bulan, dimulai pada bulan Mei – Agustus 2006. Kegiatan penelitian meliputi perancangan, pembuatan alat, pengujian alat, pengolahan data dan pembuatan skripsi. Penelitian dilakukan di Laboratorium Surya dan Laboratorium Pindah Panas, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

B. BAHAN DAN ALAT a. Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian dapat dilihat pada tabel 8. Tabel 8. Bahan yang digunakan pada penelitian No

Nama bahan

Dimensi

Jumlah

Keterangan

1.

Plat alumunium

100 cm x 50 cm

6 lembar

-

2.

Multiplek, 4 mm

100 cm x 50 cm

6 lembar

-

3

Kassa alumunium

2m

1 lembar

-

4.

styrofoam

100 cm x 50 cm

10 lembar

-

5

Lem besi

-

12 bungkus

68 gram

6

Lem aibon

-

30 kaleng

-

7

Siku alumunium

-

6 buah

-

8.

Baut 9 cm

-

5 buah

-

9.

Sekrup 5 cm

-

120 buah

-

10

Engsel pintu

-

2 buah

-

11

Handle pintu

-

2 buah

-

12

Seal pintu

69 cm x 60 cm

1 buah

-

13

Kabel, palu, dsb

-

-

42

b. Instrumen dan Alat Ukur

Instrument dan alat ukur yang digunakan selama penelitian ini meliputi : •

Modul termoelektrik

•

Sirip (heatsink)

•

Kipas DC

•

Termokopel tipe C-C

•

Hybrid recorder merk Yokogawa, digunakan untuk merekam dan mencetak data suhu termokopel

•

Gunting plat, digunakan untuk memotong plat alumunium

•

Gergaji, digunakan untuk memotong multiplek

•

Bor listrik, digunakan untuk melubangi plat alumunium

•

Obeng

•

Kunci pas

•

Alat ukur (penggaris dan meteran)

•

Palu (palu besi dan palu karet)

•

Anemometer digital tipe AM-4204 HA, digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara

•

Pyranometer

C. PROSEDUR PENGUJIAN

Penelitian ini terdiri dari dua tahap pengujian yaitu, tahap pengujian alat tanpa produk dan tahap pengujian alat dengan produk. Pengujian dilakukan di Laboratorium Surya Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian IPB pada bulan Agustus 2006. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan hybrid recorder dan termometer. Pengukuran suhu dilakukan dengan memasangkan termokopel pada bagian-bagian yang akan diukur. Sementara pengukuran kecepatan aliran udara dilakukan dengan menggunakan anemometer. Parameter pengukuran dan alat ukur yang digunakan selama pengujian alat dapat dilihat pada tabel 9.

43

Tabel 9. Parameter dan nama alat ukur No 1 2 3 4 5

Parameter pengukuran Iradiasi surya Tegangan : - sel surya - Accu Arus : - Sel surya - Alat pendingin termoelektrik Suhu : - alat pendingin termoelektrik Kecepatan aliran udara : - Ruang pendingin

Nama alat ukur - Pyranometer - Multimeter digital - Volt meter - Multimeter digital - amperemeter - amperemeter - termokopel C-C - Hybrid recorder - anemometer

Parameter suhu pada alat pendingin termoelektrik yang akan diukur dalam pengujian ini adalah suhu lingkungan, suhu ruang pendingin, suhu dinding ruang pendingin, suhu produk, suhu terminal dingin dan terminal panas dari modul termoelektrik. Pengukuran arus dan tegangan yang masuk ke dalam ruang pendingin dilakukan untuk mengetahui pengaruh suplai listrik yang masuk ke ruang pendingin dengan perubahan suhu yang terjadi di dalam ruang pendingin selama pengujian berlangsung. Pengukuran tegangan untuk semua beban dilakukan dengan cara menghubungkan voltmeter dan beban secara paralel. Skema pengukuran arus dan tegangan pada saat pengujian dapat dilihat pada Gambar 15.

44

Gambar 15. Skema pengukuran arus dan tegangan

45

V. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. RANCANGAN RUANGAN PENDINGIN

Ruang pendingin sistem termolektrik pada penelitian ini pada awalnya dirancang untuk mendinginkan jamur merang sebanyak 5 kg. Berdasarkan hasil perhitungan, beban pendinginan total yang harus diatasi oleh sistem adalah 31.45 W. Beban panas yang melalui dinding dapat dihitung menggunakan persamaan (15) dan (16). Hasil perhitungan beban pendinginan dapat dilihat pada tabel 10, sedangkan perhitungan beban pendinginan secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 8. Tabel 10. Hasil perhitungan beban pendinginan No 1.

Keterangan

Hasil perhitungan (W)

Beban panas yang melalui

16.85

dinding (Qd) 2.

Beban produk (Qp) : •

Beban panas sensibel (Qs)

9.9

•

Beban panas respirasi (Qr)

4.69

Beban Pendinginan Total

31.45

Berdasarkan hasil perhitungan, dapat diketahui bahwa beban terbesar berasal dari beban panas yang melalui dinding, yaitu sebesar 16.85 W. Suhu yang ingin dicapai adalah 14°C. Pada perhitungan beban panas yang melalui dinding,

dinding

belakang

memiliki

beban

panas

terbesar

apabila

dibandingkan dengan beban panas pada dinding lainnya, yaitu sebesar 7.78 W (Tabel 11). Hal ini disebabkan karena dinding belakang digunakan sebagai tempat memasang modul termoelektrik sekaligus tempat memasang sirip pembuang panas, selain itu disebabkan pula oleh bahan insulasi

yang

digunakan pada dinding belakang. Dinding insulasi yang digunakan pada dinding belakang hanya alumunium dengan ketebalan 2 mm dan multiplek 2 cm serta banyak kebocoran yang terjadi pada dinding belakang dan pintu ruang pendingin.

46

Tabel 11. Hasil perhitungan beban panas yang melalui dinding No

Keterangan

Hasil perhitungan (W)

1.

Beban dinding atas

1.88

2.

Beban dinding bawah

1.96

3.

Beban dinding kanan

1.73

4.

Beban dinding kiri

1.73

5.

Beban dinding depan

1.77

6.

Beban dinding belakang

7.78

7.

Total beban panas yang melalui dinding

16.85

Beban pendinginan total yang terdapat dalam sistem adalah 31.45 W dan berdasarkan spesifikasi modul termoelektrik, kapasitas pendinginan maksimum modul termoelektrik adalah 53 W. Oleh karena itu, untuk mengatasi beban pendinginan total yang terdapat pada sistem digunakan tiga buah modul termoelektrik karena modul termoelektrik yang digunakan tidak bisa memenuhi kapasitas pendinginan maksimumnya. Suplai listrik yang masuk ke dalam modul termoelektrik dan kipas DC berasal dari ACCU yang disupply dari output sel surya.

B. UJI PERFORMANSI ALAT TANPA PRODUK

Pengujian alat pendingin sistem termoelektrik ini hanya diuji coba tanpa produk. Hal ini dikarenakan suhu di ruang pendingin hanya bisa mencapai suhu rata-rata sebesar 26.93°C. Suhu yang baik untuk penyimpanan jamur merang sekitar 15°C dan apabila diatas 20°C maka jamur akan membusuk. Sehingga uji performansi dengan produk tidak dilakukan. Sistem catu daya yang digunakan pada pengujian alat pendingin termoelektrik terdiri dari : sel surya, regulator, dan accu. Pada saat pengujian digunakan empat buah sel surya, satu unit regulator, dan dua buah accu. Sel surya adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah besar dioda p-n junction, dimana dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek fotovoltaik. Sel surya berfungsi sebagai sumber energi yang akan digunakan

47

untuk alat pendingin termoelektrik. Sel surya mengkonversi energi surya menjadi energi listrik secara langsung yang akan digunakan untuk mengoperasikan alat pendingin termoelektrik. Arus dan tegangan yang dihasilkan oleh sel surya akan mengalir ke regulator. Regulator berfungsi sebagai pembagi arus dan tegangan, arus dan tegangan akan mengalir ke dua arah, ada yang mengalir ke alat pendingin termoelektrik dan mengalir ke accu yang akan digunakan untuk mengisi accu. Regulator juga berfungsi sebagai saluran by pass arus dan tegangan accu untuk digunakan pada alat pendingin jika radiasi surya rendah sehingga arus dan tegangan yang dihasilkan sel surya tidak mencukupi untuk menjalankan alat pendingin termoelektrik. Accu berfungsi untuk menampung kelebihan daya yang dihasilkan oleh sel surya dan juga sebagai sumber energi cadangan untuk alat pendingin jika radiasi surya rendah. Tabel 12. Data hasil pengujian alat tanpa produk Nilai rata-rata

Percobaan 1 30.03 34.26 26.72 26.93 29.93 26.92 26.40 40

Percobaan 2 28.40 34.70 26.98 27.02 30.40 27.17 26.30 20

Percobaan 3 31.63 32.98 25.98 26.48 30.25 26.60 25.90 10

Suhu Lingkungan (Tl), °C Suhu sirip pembuang panas (Tk), °C Suhu sirip pendingin (Te), °C Suhu ruang pendingin (Trng), °C Suhu dinding luar (Tdl), °C Suhu dinding dalam (Tdd), °C Suhu terendah ruang pendingin, °C Waktu tercapainya suhu terendah pada ruang pendingin (menit ke-) Suhu lingkungan saat tercapainya suhu terendah pada ruang pendingin

29.90

28.10

28.40

Grafik hubungan antara arus listrik yang masuk ke dalam modul termoelektrik, suhu sambungan plat alumunium pada modul termoelektrik dan waktu dapat dilihat pada Gambar 16.

48

8.80

23.00 22.50

8.60

8.40 21.50 8.20

21.00 20.50

8.00

Arus (Ampere)

Suhu (Celcius)

22.00

20.00 7.80 19.50

180

170

160

150

140

130

120

110

90

100

80

70

60

50

40

30

20

0

7.60 10

19.00

Waktu (menit) suhu

arus

Gambar 16. Grafik hubungan antara arus, suhu, dan waktu pada pengujian tanpa produk hari pertama. Pada Gambar 16 terlihat bahwa suhu sirip pendingin pada awal pengujian menurun dengan cepat, diikuti dengan penurunan yang lambat di waktu berikutnya. Hal ini erat kaitannya dengan pemakaian arus listrik . Pada awal kerja, modul termoelektrik membutuhkan arus listrik yang lebih besar daripada waktu sesudahnya. Pengaruh pemakaian arus listrik terhadap suhu sirip pendingin diakibatkan oleh daya yang diperlukan untuk menimbulkan efek Peltier yang berupa kapasitas pendinginan (q0). Dari persamaan (6) terlihat bahwa nilai q0 sangat dipengaruhi oleh parameter I (arus listrik). Pada penyerapan panas awal diperlukan nilai arus lebih besar daripada periode berikutnya, karena pada periode berikutnya suhu terminal dingin (Tc) sudah menurun sehingga arus listrik yang digunakan juga menurun. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian berlangsung selain dipengaruhi oleh pemakaian arus listrik, turut dipengaruhi oleh perubahan suhu lingkungan dan suhu air di dalam bak sirip pembuangan panas. Pengaruh suhu lingkungan dan terhadap suhu sirip pendingin dapat dilihat pada Gambar 17.

49

40.00

Suhu (celcius)

35.00 30.00

suhu ruangan

Gambar 25.00 20.00

17. perubahan suhu yang terjadi selama pengujian tanpa suhu sirip produk hari kedua

pembuangan panas suhu lingkungan

15.00 10.00

suhu sirip

5.00

90 12 0 15 0 18 0 21 0 24 0 27 0 30 0

60

30

0

0.00

Waktu (menit)

Gambar 17. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian tanpa produk hari pertama Pada gambar 17 dapat dilihat bahwa pada pengujian tanpa produk hari pertama, perubahan yang terjadi pada suhu lingkungan akan mempengaruhi suhu sirip pendingin, suhu ruang pendingin, dan suhu sirip pembuangan panas. Mulai dari menit ke- 110 terjadi peningkatan suhu lingkungan sebesar 1 °C, yang mengakibatkan peningkatan suhu pada ketiga parameter di atas. Hal ini dapat disebabkan karena pada proses pendinginan yang terjadi di dalam ruang pendingin selama pengujian tanpa produk sangat dipengaruhi oleh besarnya beban panas yang melalui dinding, terutama beban panas dari dinding belakang yang digunakan sebagai tempat pembuangan panas. Pada pengujian alat pendingin termoelektrik tanpa produk ini, didapatkan nilai suhu ruang pendingin terendah yang dapat dicapai pada pengujian pertama yaitu 26.4 °C, pengujian kedua 26.3 °C, dan pengujian ketiga 26.48 °C. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan suhu lingkungan pada masing-masing pengujian. Pada pengujian pertama, suhu ruang pendingin 26.4 °C dapat dicapai pada menit ke- 40, ketika suhu lingkungan 29.90°C. Pada pengujian hari kedua, suhu ruang pendingin 26.3 °C dapat dicapai pada menit ke- 20 ketika suhu lingkungan 28.10°C. dari data-data tersebut dapat terlihat bahwa ruang pendingin terendah yang dapat dicapai pada tiap-tiap pengujian mempunyai selisih temperatur (∆T) antara 2°C-4°C

50

terhadap suhu lngkungannya. Perbedaan suhu rata-rata yang terjadi antara sirip pembuangan panas dengan lingkungan selama pengujian berlangsung antara 5°C-7°C. 40.00 35.00 suhu ruangan

Suhu (Celcius)

30.00 25.00

suhu lingkungan

20.00 15.00

suhu sirip pembuangan panas

10.00 5.00

suhu sirip pendingin

0

0 18

20

0

0

16

0

0

14

12

10

80

60

40

20

0

0.00

waktu (menit ke-)

Gambar 18. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian tanpa produk hari kedua 40 suhu ruangan

30 suhu sirip pembuang panas

25 20

suhu lingkungan

15 suhu sirip pendingin

10 5

24 0

21 0

18 0

15 0

12 0

90

60

30

0 0

Suhu (Celcius)

35

Waktu (menit ke-)

Gambar 19. Perubahan suhu yang terjadi selama pengujian tanpa produk hari ketiga

51

Pada gambar 18 dan 19 terlihat bahwa selama pengujian berlangsung, suhu sirip pendingin dan suhu ruang pendingin nilainya hampir sama. Hal ini memperlihatkan bahwa penggunaan kipas sebagai alat sirkulasi udara dalam ruang pendingin sangat membantu proses pemerataan atau penyebaran udara dingin di dalam ruang pendingin. Pada pengujian hari ketiga arus yang masuk ke dalam modul termoelektrik berasal dari sel surya secara langsung tanpa perantara batterai. Dilihat dari data hasil pengujian tanpa produk yang dilakukan selama tiga hari. Suhu ruangan tidak dapat mencapai pada suhu yang diinginkan yaitu sebesar 14°C, yang merupakan suhu optimal untuk pendinginan jamur merang. Suhu ruangan yang dapat dicapai rata-rata sebesar 26.56°C. Hal ini disebabkan karena ada penambahan ekstender berupa plat alumunium dengan ketebalan 1 cm yang terletak diantara modul termoelektrik sisi dingin dengan sirip pendingin. Sehingga suhu dingin yang dihantarkan oleh modul termoelektrik terhadap sirip pendingin tidak optimal. Ekstender berfungsi untuk memperluas jarak penyimpanan antara sirip pendingin atau sirip pembuang panas dengan modul termoelektrik. Perbandingan suhu sirip pendingin dengan ekstender dapat dilihat pada tabel 13. Tabel 13. Perbandingan suhu sirip pendingin dengan suhu ekstender Nilai rata-rata Suhu ekstender (Ts), °C Suhu sirip pendingin (Te), °C Suhu terendah sirip pendingin, °C Suhu terndah ekstender , °C Waktu tercapainya suhu terendah pada ekstender (menit ke-) Waktu tercapainya suhu terendah pada sirip pendingin (menit ke-)

1

Percobaan 1 22.17 26.72 26.10 20.40 10

Percobaan 2 23.18 26.98 26.20 20.60 10

Percobaan 3 20.66 25.98 24.20 18.40 10

30

30

10

4

2 3

Gambar 20. Skema posisi ekstender

Keterangan : 1 : sirip pendingin 2 : ekstender 3 : modul termoelektrik 4 : sirip pembuang panas

52

C. KAJIAN PINDAH PANAS DARI RUANG PENDINGIN

Kajian pindah panas dari ruang pendingin berdasarkan parameter yang diukur yaitu, suhu sirip pembuangan panas , suhu sirip pendingin, suhu lingkungan, suhu ruangan, suhu air dalam bak sirip pembuangan panas, dan suhu air yang masuk pipa kuningan di dalam bak sirip pembuangan panas. Dari parameter tersebut kita dapat menghitung beban pendinginan dan pembuangan panas dengan menggunakan persamaan (16) dan (27) Data hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 14. Tabel 14. Hasil perhitungan beban pendinginan dan pembuangan panas Kondisi I II III IV V

Tr(°C) 28.70

26.30 27.80 25.90 27.4

Tl(°C) 31.4 28.10 28.7 28.40 29.90

Tk(°C) 36.7 33.4 35.7 33.8 34.3

Twk(°C) 32.9 31 32.1 32.3 32.7

Qc (W) 4.39 2.73 1.31 4.06 4.03

Qp (W) 312.63 168.91 288.98 92.03 100.11

Perhitungan beban pendinginan dan pembuangan panas diambil dari beberapa kondisi. Kondisi I, yaitu pada percobaan hari pertama, menit ke190. Pada kondisi ini suhu sirip pembuangan panas mengalami kenaikan yaitu 36.70°C, begitu pula dengan suhu sirip pendingin yaitu, 27.60 °C. Hal ini disebabkan karena adanya kenaikan arus yang masuk ke modul termoelektrik yaitu, 8.54 A. Suhu air dalam bak sirip pembuangan panas dan suhu air yang keluar dari menara pendingin masing-masing adalah 32.9 °C dan 30.1°C. Beban pendinginan pada kondisi I yaitu, 4.39 Watt sedangkan pembuangan panasnya sebesar 312.63 Watt. Kondisi II, yaitu pada percobaan hari kedua, menit ke- 100. Pada kondisi ini suhu sirip pembuangan panas mengalami penurunan yaitu 33.4°C, suhu

sirip pendingin mengalami kenaikan yaitu, 27.60 °C. Hal ini

dikarenakan adanya panas yang masuk dari pintu ruang pendingin yang dibuka beberapa menit. Beban pendinginan pada kondisi III yaitu, 2.73 Watt sedangkan pembuangan panasnya sebesar 168.91 Watt. Kondisi III, yaitu pada percobaan hari kedua, menit ke- 120. Pada kondisi ini suhu sirip pembuangan panas mengalami kenaikan yaitu 35.70°C,

53

begitu pula dengan suhu sirip pendingin yaitu, 27.10 °C. Hal ini disebabkan karena adanya kenaikan arus yang masuk ke modul termoelektrik yaitu, 8.66 A. Suhu air dalam bak sirip pembuangan panas dan suhu air yang keluar dari menara pendingin masing-masing adalah 32.1 °C dan 30.8°C. Beban pendinginan pada kondisi III yaitu, 1.31 Watt sedangkan pembuangan panasnya sebesar 288.98 Watt. Kondisi IV, yaitu pada percobaan hari ketiga, menit ke- 170. Pada kondisi ini suhu sirip pembuangan panas mengalami kenaikan yaitu 33.80°C, begitu pula dengan suhu sirip pendingin yaitu, 26.2 °C. Hal ini disebabkan karena adanya kenaikan arus yang masuk ke modul termoelektrik yaitu, 6.72 A serta disebabkan oleh kenaikan suhu lingkungan, yaitu 29.9°C. Beban pendinginan pada kondisi IV yaitu, 4.06 Watt sedangkan pembuangan panasnya sebesar 92.03 Watt. Kondisi V, yaitu pada percobaan hari ketiga, menit ke- 200. Pada kondisi ini suhu sirip pembuangan panas mengalami kenaikan yaitu 34.3°C, begitu pula dengan suhu sirip pendingin yaitu, 26.4 °C. Kenaikan suhu sirip pembuangan panas disebabkan karena adanya kenaikan arus yang masuk ke modul termoelektrik yaitu, 6.51 A serta panas yang dapat dibuang sebesar 100.11 W sedangkan beban pendinginan yang harus diatasi pada kondisi V yaitu, 4.01 Watt. Perhitungan pindah panas diukur berdasarkan parameter suhu sirip pembuangan panas, suhu lingkungan, suhu air dalam bak pembuangan panas, suhu air yang masuk dan keluar menara pendingin, suhu ruangan, dan suhu sirip pendingin. Pindah panas dari sirip pembuangan panas dihitung menurut beberapa pendekatan yaitu, pendekatan efisiensi sirip dan pendekatan berdasarkan resistansi panas dari sirip pembuangan panas ke air dalam bak, dari air dalam bak ke pipa kuningan, dan dari pipa kuningan ke air yang mengalir menuju ke menara pendingin. Hasil perhitungan pindah panas oleh sirip pembuangan panas dapat dilihat pada tabel 15.

54

Tabel 15. Hasil perhitungan pindah panas oleh sirip pembuangan panas

Kondisi I II III IV V

Tk(°C) 36.7 33.4 35.7 33.8 34.3

Twk (°C) 32.9 31.0 32.1 32.3 32.7

Sirip pembuang panas (W)

pipa (W)

η (%)

312.63 168.91 288.98 92.03 100.11

43.5 44.5 19.77 55.95 36.43

79.67 82.11 80.07 84.06 83.79

Pembuangan panas rata-rata (W) 178.07 106.71 154.37 147.98 68.27

Sama halnya dengan beban pendinginan, pengukuran pindah panas dari sirip pembuangan panas diambil dari beberapa kondisi. Kondisi I, yaitu pada percobaan hari pertama, menit ke- 190. Pada kondisi ini sirip pembuangan panas dapat membuang panas dari modul temoelektrik terminal panas sebesar 312.63 W, sedangkan dari air ke pipa kuningan, dan dari pipa kuningan ke air yang mengalir menuju menara pendingin sebesar 43.5 W. Panas yang lepas ke lingkungan sebesar 269.08 W. Sirip pembuangan panas pada kondisi I memiliki efisiensi sebesar 79.67% Kondisi II, yaitu pada percobaan hari kedua, menit ke- 100. Pada kondisi ini sirip pembuangan panas dapat membuang panas dari modul temoelektrik terminal panas sebesar 168.91 W, sedangkan dari air ke pipa kuningan, dan dari pipa kuningan ke air yang mengalir menuju menara pendingin sebesar 44.5 W. Panas yang lepas ke lingkungan sebesar 124.41 W. Sirip pembuangan panas pada kondisi II memiliki efisiensi sebesar 82.11% Kondisi III, yaitu pada percobaan hari kedua, menit ke- 120. Pada kondisi ini sirip pembuangan panas dapat membuang panas dari modul temoelektrik terminal panas sebesar 288.98 W, sedangkan dari air ke pipa kuningan, dan dari pipa kuningan ke air yang mengalir menuju menara pendingin sebesar 19.77 W. Panas yang lepas ke lingkungan sebesar 269.21 W.

Sirip pembuangan panas pada kondisi IV memiliki efisiensi

sebesar 80.07 %

55

Kondisi IV, yaitu pada percobaan hari ketiga, menit ke- 170. Pada kondisi ini sirip pembuangan panas dapat membuang panas dari modul temoelektrik terminal panas sebesar 92.03 W, sedangkan dari air ke pipa kuningan, dan dari pipa kuningan ke air yang mengalir ke menara pendingin sebesar 55.95 W. Panas yang lepas ke lingkungan sebesar 36.08 W. Sirip pembuangan panas pada kondisi IV memiliki efisiensi sebesar 84.06 % Kondisi V, yaitu pada pengujian hari ketiga, menit ke- 200. Pada kondisi ini sirip pembuang panas dapat membuang panas dari modul temoelektrik terminal panas sebesar 100.11 W, sedangkan dari air ke pipa kuningan, dan dari pipa kuningan ke air yang mengalir ke menara pendingin sebesar 36.43 W. Panas yang lepas ke lingkungan sebesar 63.68 W. Sirip pembuangan panas pada kondisi V memiliki efisiensi sebesar 83.79 %. Sistem pembuangan panas dapat dilihat pada skema di bawah ini.

Pipa Kuningan Air dari menara pendingin menuju bak Gambar 21. Skema sistem pembuangan panas pada sirip pembuangan panas Berdasarkan perhitungan dan pengamatan pada kondisi I sampai dengan kondisi V. Pembuangan panas memiliki nilai yang berbeda-beda. Hal ini disebabkan oleh panas yang masuk dari modul termoelektrik yang berubah-ubah tergantung kepada arus yang masuk ke modul termoelektrik. Sedangkan panas dari sistem pembuangan banyak yang lepas ke lingkungan, karena bak air yang merendam sirip pembuangan panas memiliki sistem yang terbuka bebas dengan lingkungan. Sehingga panas dari sirip pembuangan panas tidak sama dengan panas yang diterima oleh pipa kuningan.

56

D. PINDAH PANAS PADA MENARA PENDINGIN

Prestasi menara pendingin dinyatakan dalam range dan approach. Range adalah pengurangan suhu air yang masuk ke menara pendingin. Approach adalah selisih antara suhu bola basah udara yang masuk dan suhu air yang keluar. Dalam menara pendingin, perpindahan kalor berlangsung dari air ke udara tak jenuh. Ada dua penyebab terjadinya perpindahan kalor, yaitu perbedaan suhu bola kering dan perbedaan tekanan uap antara permukaan air dan udara. Dua penyebab ini berkombinasi membentuk potensial enthalpi. Perbandingan suhu air masuk dan keluar menara pendingin dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel 16. Perbandingan antara suhu air masuk dan keluar menara pendingin Waktu (t) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Rata-rata

Tmasuk

Tkeluar 26.4 27.0 27.3 27.3 27.6 27.8 27.9 28.2 28.2 28.4 28.6 28.8 28.9 29.1 29.1 29.3 29.4 29.4 29.6

28.33

Tbb 26.2 26.6 26.9 27.2 27.3 27.6 27.7 27.8 28.1 28.2 28.4 28.5 28.6 28.8 28.9 29.0 29.2 29.2 29.4

28.08

Tbk 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.7 23.7

23.23

25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 26.0 26.0 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 27.0 27.0

25.87

Berdasarkan pengujian dan perhitungan bahwa menara pendingin ini memiliki range sebesar 0.25°C. Artinya bahwa menara pendingin dapat menurunkan suhu air yang mengalir dalam pipa kuningan pada bak sirip

57

pembuangan panas sebesar 0.25°C. Dan memiliki approach sebesar 4.85 °C. Artinya bahwa perbedaan dengan suhu bola basah udara sekitar yang masuk ke dalam menara pendingin sebesar 4.85 °C.

Suhu (Celcius)

45 Suhu air masuk menara pendingin 30

suhu air keluar menara pendingin suhu bola basah

15 suhu bola kering

24 0

21 0

18 0

15 0

12 0

90

60

30

0

0

Waktu (menit ke-)

Gambar 22. Perubahan suhu air masuk dan keluar menara pendingin

58

VI. KESIMPULAN

A. KESIMPULAN

1. Rancangan ruang pendingin termoelektrik didasarkan pada beban pendinginan total sebesar 31.45 W, yang terdiri dari beban yang melalui dinding 16.85 Wdan beban produk 14.59 W. 2. Suhu terendah ruang pendingin pada pengujian tanpa produk hari pertama 26.93 °C tercapai pada menit ke- 40, pada hari kedua adalah 27.02 °C tercapai pada menit ke 20, dan pada hari ketiga adalah 26.48 °C tercapai pada menit ke 10. 3. Suhu ruang pendingin yang ingin dicapai pada penelitian adalah 14°C, namun suhu pendinginan aktual yang dapat dicapai pada pengujian tanpa produk hanya 26°C sehingga pengujian menggunakan produk tidak dilakukan karena pada suhu 26 °C dapat merusak produk. 4. Beban pendinginan aktual pada kondisi I adalah 4.39 W dan panas yang dapat dibuang sebesar 312.63 W. Pada kondisi II, beban pendinginan sebesar 2.73 W dan pembuangan panas sebesar 168.91 W. pada kondisi III, beban pendinginan sebesar 1.31 W dan panas yang dapat dibuang sebesar 288.98 W. Pada kondisi IV, beban pendinginan sebesar 4.06 W dan panas yang dapat ditransfer sebesar 92.03 W. Pada kondisi V, beban pendinginan sebesar 4.03 W dan transfer panas sebesar 100.11 W. 5. Efisiensi sirip pembuangan panas pada kondisi I adalah 87.82 %, pada kondisi II sebesar 79.67 %, pada kondisi III sebesar 82.11 %, pada kondisi IV sebesar 80.07 %, pada kondisi V sebesar 84.06 % dan pada kondisi VI sebesar 83.79 %. 6. Menara pendingin memiliki range sebesar 0.25°C dan approach sebesar 4.85°C 7. Pada perancangan sistem pendnginan termoelektrik, diperlukan mekanisme kontak yang baik antara modul termoelektrik dengan sirip pendingin dan sirip pembuangan panas. Selisih temperature rata-rata

59

antara suhu sirip pembuangan panas dengan suhu ingkungan adalah 2°C. 8. Penggunaan kipas DC sebagai alat sirkulasi udara di dalam ruang pendingin sangat membantu proses pemerataan udara dingin pada ruang pendingin, hal ini dapat dilihat dari data-data pengujian dimana besarnya suh u sirip pendingin dengan suhu ruang pendingin hampir sama. 9. Besarnya arus listrik yang masuk ke dalam modul termoelektrik mempengaruhi kapasitas pendinginan modul termoelektrik. Semakin besar arus listrik yang masuk ke dalam mdul termoelektrik, semakin besar pula kapasitas pendinginan yang mampu dicapai oleh modul termoelektik

B. SARAN

1. Pada sistem pendinginan termoelektrik, agar dapat dihasilkan suhu yang lebih dingin pada ruang pendingin perlu dipertimbangkan antara dimensi ruang pendingin dan penggunaan modul termoelektrik yang memiliki kapasitas pendinginan tinggi 2. Perlu dipertimbangkan sistem pembuangan panas yang digunakan agar panas dari modul termoelektrik terminal panas dan beban pendinginan dapat diatasi secara optimal.

60

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2005. a. Convective Heat Transfer. http://www.engineeringtoolbox.com/ 14_601.html. (2 Maret 2005) Culp, Archie. 1991. Principles of Energy Conversion Second Edition. McGrawHill, Inc. USA. Dossat, R.J. 1981. Priciples of Refrigeration. Jhon Willey and Sons, New York, USA. Febriana, Piesca. 2005. Rancang Bangun dan Uji Teknis Ruang Pendingin Sistem Termoelektrik untuk Pendinginan Jamur Merang (Volvariella volvaceae). Skripsi. Departemen Teknik Pertanian, IPB. Bogor. Heinz Heisler. 1995. Advanced Engine Technology. London: Edward Arnold Ltd. Holman, J.P. 1997. Perpindahan Kalor. Edisi Keenam. Terjemahan. Erlangga, Jakarta. H. Tambunan, Armansyah. 1998. Diktat Teknik Pendinginan. Teknik Pertanian, FATETA-IPB. Bogor. Goenadi, H., Didiek. 1992. Prosiding, Pemanfaatan Limbah Perkebunan untuk Menunjang Pembangunan Perkebunan yang Berwawasan Lingkungan, Surabaya, 24-25 Januari 1992 John

S. Heywood. 1989. Internal Combustion (International Ed.), Singapore: McGraw-Hill.

Engine

Fundamentals

K. Handoko, 1981. Teknik Lemari Es. PT. Ictiar Baru. Jakarta Kulshrestha, S. K. Penerjemah Budiharjo, I. Made Kartika. 1989. Buku Teks Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan Panas. Universitas Indonesia. Jakarta. Mohsenin, N.N. 1980. thermal Properties of Foods and Materials. Gordon and Breach, Science Publishers, Inc., New York, USA. Simbolon, A.S. 2003. Kajian Sifat Higrotermal Panel Pelupuh Bambu yang Digunakan sebagai Dinding Alat pembeku Kombinasi Sistem Lempeng Senruh dan atau Semburan Udara. Skripsi Fakultas Teknolgi Pertanian. IPB. Bogor. Sinaga, M.S. 1991. Jamur Merang dan Budidayanya. Penebar Swadaya Masyarakat. Jakarta.

61

Stoecker. Wilbert F. dan Jerold W. Jones. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara. 1987. Erlangga. Jakarta. Sukur, Edi. 2004. Melirik Teknologi Termoelektrik Sebagai Energi Alternatif. www. Energi.lipi.go.id. Welty, J.R., C.E. Wicks dan G.L. Rorrer. 2004. Dasar-dasar Fenomena Transport. Edisi Keempat. Terjemahan. Erlangga. Jakarta. Zuhal, M. 1989. rancangan dan Uji Teknis Alat Pendingin Termoelktrik Efek Peltier dengan Catu Daya Sel Surya. Skripsi. Jurusan Mekanisasi Pertanian, IPB, Bogor. .

62

63

Lampiran 7. Perhitungan koefisien pindah panas konveksi

A. DINDING DALAM

1. Dinding atas dan bawah (plat horizontal) •

T = 14°C

•

V = 0.2 m/s

•

X = 0.50 m

•

Sifat-sifat udara pada suhu 14 °C = 287 K

T (K)

μ

V

Cp

K

(Ns/m2)x 10-5

(m2/s) x 10-6

(kJ/kg°C)

(W/m°C)

250

1.5990

11.31

1.0053

0.02227

287

?

?

?

?

300

1.842

15.69

1.0057

0.02624

Contoh perhitungan 287 − 250 (1.8462 − 1.5990) = 1.78 x10 −5 Ns/m2 300 − 250

•

μ(14°C) = 1.5990 +

•

v(14°C) = 11.31 +

•

Cp(14°C) = 1.0053 +

287 − 250 (1.0057 − 1.0053) = 1.0056 kJ/kg°C 300 − 250

•

k(14°C) = 0.02227 +

287 − 250 (0.02624 − 0.02227 ) = 0.025 W/m°C 300 − 250

•

Re =

•

Pr =

•

Untuk Tw konstan ; Rex<5 x 105 ; 0.6 < Pr < 50

•

Nux = 0.332(Re )

287 − 250 (15.69 − 11.31) = 1.46 x10 −5 m2/s 300 − 250

ρVL VL (0.2)(0.50) = = = 6849.32 μ ν 1.46 x10 −5

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72 0.025

k

1

2

(Pr ) 3 1

= 0.332(6849.32 ) •

hin =

Nu.k x

(0.72) 13 = 24.63 (24.63)(0.025) = 1.23 W/m2°C = 1

2

0.50

64

Lampiran 7. Lanjutan 2. Dinding kanan (plat vertikal) •

T = 14°C

•

V = 0.2 m/s

•

X = 0.40 m

•

Sifat-sifat udara pada suhu 14 °C = 287 K

•

μ(14°C) = 1.5990 +

•

v(14°C) = 11.31 +

•

Cp(14°C) = 1.0053 +

287 − 250 (1.0057 − 1.0053) = 1.0056 kJ/kg°C 300 − 250

•

k(14°C) = 0.02227 +

287 − 250 (0.02624 − 0.02227 ) = 0.025 W/m°C 300 − 250

287 − 250 (1.8462 − 1.5990) = 1.78 x10 −5 Ns/m2 300 − 250

287 − 250 (15.69 − 11.31) = 1.46 x10 −5 m2/s 300 − 250

ρVL VL ( 0.2 )( 0.40 ) = = = 5479.45 • Re = μ ν 1.46 x10−5

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72

•

Pr =

•

Untuk Tw konstan ; Rex<5 x 105 ; 0.6 < Pr < 50

•

Nux = 0.332(Re )

0.025

k

1

2

(Pr ) 3

= 0.332 ( 5479.45 )

•

hin =

1

1

2

1

( 0.72 ) 3 = 22.03

Nu.k ( 22.03)( 0.025 ) = = 1.38 W/m2°C 0.40 x

3. Dinding kiri (plat vertikal) •

T = 14°C

•

V = 0.2 m/s

•

X = 0.40 m

•

Sifat-sifat udara pada suhu 14 °C = 287 K

•

μ(14°C) = 1.5990 +

287 − 250 (1.8462 − 1.5990) = 1.78 x10 −5 Ns/m2 300 − 250

65

Lampiran 7. Lanjutan 287 − 250 (15.69 − 11.31) = 1.46 x10 −5 m2/s 300 − 250

•

v(14°C) = 11.31 +

•

Cp(14°C) = 1.0053 +

287 − 250 (1.0057 − 1.0053) = 1.0056 kJ/kg°C 300 − 250

•

k(14°C) = 0.02227 +

287 − 250 (0.02624 − 0.02227 ) = 0.025 W/m°C 300 − 250

•

ρVL VL ( 0.2 )( 0.40 ) = = = 5479.45 Re = μ 1.46 x10−5 ν

•

Pr =

•

Untuk Tw konstan ; Rex<5 x 105 ; 0.6 < Pr < 50

•

Nux = 0.332(Re )

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72 0.025

k

1

2

(Pr ) 13

= 0.332 ( 5479.45 ) •

hin =

1

2

1

( 0.72 ) 3 = 22.03

Nu.k ( 22.03)( 0.025 ) = = 1.38 W/m2°C 0.40 x

4. Dinding depan (plat vertikal) •

T = 14°C

•

V = 0.2 m/s

•

X = 0.40 m

•

Sifat-sifat udara pada suhu 14 °C = 287 K

•

μ(14°C) = 1.5990 +

•

v(14°C) = 11.31 +

•

Cp(14°C) = 1.0053 +

287 − 250 (1.0057 − 1.0053) = 1.0056 kJ/kg°C 300 − 250

•

k(14°C) = 0.02227 +

287 − 250 (0.02624 − 0.02227 ) = 0.025 W/m°C 300 − 250

287 − 250 (1.8462 − 1.5990) = 1.78 x10 −5 Ns/m2 300 − 250

287 − 250 (15.69 − 11.31) = 1.46 x10 −5 m2/s 300 − 250

66

Lampiran 7. Lanjutan

ρVL VL ( 0.2 )( 0.40 ) = = = 5479.45 • Re = μ 1.46 x10−5 ν

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72

•

Pr =

•

Untuk Tw konstan ; Rex<5 x 105 ; 0.6 < Pr < 50

•

Nux = 0.332(Re )

0.025

k

1

2

(Pr ) 3 1

= 0.332 ( 5479.45 ) •

hin =

1

2

1

( 0.72 ) 3 = 22.03

Nu.k ( 22.03)( 0.025 ) = = 1.38 W/m2°C 0.40 x

5. Dinding belakang (plat vertikal) •

T = 14°C

•

V = 1 m/s

•

X = 0.40 m

•

Sifat-sifat udara pada suhu 14 °C = 287 K

•

μ(14°C) = 1.5990 +

•

v(14°C) = 11.31 +

•

Cp(14°C) = 1.0053 +

287 − 250 (1.0057 − 1.0053) = 1.0056 kJ/kg°C 300 − 250

•

k(14°C) = 0.02227 +

287 − 250 (0.02624 − 0.02227 ) = 0.025 W/m°C 300 − 250

287 − 250 (1.8462 − 1.5990) = 1.78 x10 −5 Ns/m2 300 − 250

287 − 250 (15.69 − 11.31) = 1.46 x10 −5 m2/s 300 − 250

ρVL VL (1)( 0.40 ) = = = 27397.26 • Re = μ ν 1.46 x10−5

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72

•

Pr =

•

Untuk Tw konstan ; Rex<5 x 105 ; 0.6 < Pr < 50

k

0.025

67

Lampiran 7. Lanjutan •

Nux = 0.332(Re )

1

(Pr ) 3 1

2

= 0.332 ( 27397.26 ) •

hin =

1

2

1

( 0.72 ) 3 = 49.25

Nu.k ( 49.25 )( 0.025 ) = = 3.08 W/m2°C 0.40 x

B. DINDING LUAR

1. Dinding atas (plat horizontal) •

Tlingk = 30°C

•

Tdinding = 29°C

•

X = 0.70 m

•

Tf =

•

Sifat-sifat udara pada suhu 29.5 °C = 302.5 K

•

β=

T (K)

30 + 29 = 29.5°C = 302.5 K 2 1 1 = = 3.305 x10−3 / K Tf 302.5 μ 2

V -5

2

-6

Cp

K

(Ns/m )x 10

(m /s) x 10

(kJ/kg°C)

(W/m°C)

300

1.8462

15.69

1.0057

0.02624

302.5

μ(29.5°C)

v(29.5°C)

Cp(29.5°C)

k(29.5°C)

350

2.075

20.76

1.0090

0.03003

302.5 − 300 (2.075 − 1.8462) = 1.86 x10−5 Ns/m2 350 − 300

•

μ(29.5°C) = 1.8462 +

•

v(29.5°C) = 15.69 +

•

Cp(29.5°C) = 1.0057 +

•

k(29.5°C) = 0.02624 +

302.5 − 300 ( 20.76 − 15.69 ) = 1.59 x10−5 m2/s 350 − 300 302.5 − 300 (1.0090 − 1.0057 ) = 1.00587 kJ/kg°C 350 − 300

302.5 − 300 ( 0.03003 − 0.02624 ) = 0.026 W/m°C 350 − 300

68

Lampiran 7. Lanjutan •

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72

Pr =

0.025

k

g βΔTx3

•

Gr =

•

Ra = Gr x Pr

ν2

(

=

( 9.8) ( 3.305 x10−3 ) ( 303 − 302 )( 0.7 )

(1.59 x10 ) −5

2

3

= 43.94 x106

)

= 43.96 x106 ( 0.72 ) = 31.65 x106

•

Untuk GrPr = 31.65 x 106, maka :

•

C = 0.15

•

m = 1/3

•

Nux = C (GrPr)1/3 = 0.15 ( 31.65 x106 )

1

3

= 47.45 •

hout =

Nu.k ( 47.65 )( 0.026 ) = = 1.77 W/m2°C x 0.70

2. Dinding bawah (plat horizontal) •

Tlingk = 30°C

•

Tdinding = 28°C

•

X = 0.70 m

•

Tf =

•

Sifat-sifat udara pada suhu 29.5 °C = 302.5 K

•

β=

30 + 28 = 29°C = 302 K 2 1 1 = = 3.31x10−3 / K Tf 302

69

Lampiran 7. Lanjutan T (K)

μ

V

Cp

K

(Ns/m2)x 10-5

(m2/s) x 10-6

(kJ/kg°C)

(W/m°C)

300

1.8462

15.69

1.0057

0.02624

302

μ(29°C)

v(29°C)

Cp(29°C)

k(29°C)

350

2.075

20.76

1.0090

0.03003

302 − 300 (2.075 − 1.8462) = 1.86 x10−5 Ns/m2 350 − 300

•

μ(29.5°C) = 1.8462 +

•

v(29.5°C) = 15.69 +

•

Cp(29.5°C) = 1.0057 +

•

k(29.5°C) = 0.02624 +

•

Pr =

302 − 300 ( 20.76 − 15.69 ) = 1.59 x10−5 m2/s 350 − 300 302 − 300 (1.0090 − 1.0057 ) = 1.00587 kJ/kg°C 350 − 300

302 − 300 ( 0.03003 − 0.02624 ) = 0.026 W/m°C 350 − 300

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72 0.025

k

g βΔTx3

•

Gr =

•

Ra = Gr x Pr

ν

2

(

=

( 9.8) ( 3.311x10−3 ) ( 303 − 301)( 0.7 )

(1.59 x10 ) −5

2

3

= 88.07 x106

)

= 88.07 x106 ( 0.72 ) = 63.41x106 •

Untuk GrPr = 63.41 x 106, maka :

•

C = 0.15

•

m = 1/3

•

Nux = C (GrPr)1/3 = 0.15 ( 63.41x106 )

1

3

= 59.82 •

hout =

Nu.k ( 59.82 )( 0.026 ) = = 2.22 W/m2°C x 0.70

70

Lampiran 7. Lanjutan 3. Dinding kanan, kiri, dan depan (plat vertikal) •

Tlingk = 30°C

•

Tdinding = 28°C

•

X = 0.60 m

•

Tf =

•

Sifat-sifat udara pada suhu 29.5 °C = 302.5 K

•

β=

30 + 28 = 29°C = 302 K 2 1 1 = = 3.31x10−3 / K Tf 302

T (K)

μ

V

2

-5

2

-6

Cp

K

(Ns/m )x 10

(m /s) x 10

(kJ/kg°C)

(W/m°C)

300

1.8462

15.69

1.0057

0.02624

302

μ(29°C)

v(29°C)

Cp(29°C)

k(29°C)

350

2.075

20.76

1.0090

0.03003

302 − 300 (2.075 − 1.8462) = 1.86 x10−5 Ns/m2 350 − 300

•

μ(29.5°C) = 1.8462 +

•

v(29.5°C) = 15.69 +

•

Cp(29.5°C) = 1.0057 +

•

k(29.5°C) = 0.02624 +

•

Pr =

302 − 300 ( 20.76 − 15.69 ) = 1.59 x10−5 m2/s 350 − 300 302 − 300 (1.0090 − 1.0057 ) = 1.00587 kJ/kg°C 350 − 300

302 − 300 ( 0.03003 − 0.02624 ) = 0.026 W/m°C 350 − 300

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72 0.025

k

g β ΔTx3

•

Gr =

•

Ra = Gr x Pr

ν2

(

=

( 9.8) ( 3.311x10−3 ) ( 303 − 301)( 0.6 )

(1.59 x10 ) −5

2

3

= 55.45 x106

)

= 55.45 x106 ( 0.72 ) = 39.92 x106 •

Untuk GrPr = 39.92 x 106, maka :

•

C = 0.15

71

Lampiran 7. Lanjutan •

m = 1/3

•

Nux = C (GrPr)1/3 = 0.15 ( 39.92 x106 )

1

3

= 51.27 •

hout =

Nu.k ( 51.27 )( 0.026 ) = = 2.22 W/m2°C x 0.60

4. Dinding belakang (plat vertikal) •

Tlingk = 30°C

•

Tdinding = 28°C

•

X = 0.60 m

•

Tf =

•

Sifat-sifat udara pada suhu 29.5 °C = 302.5 K

•

β=

T (K)

30 + 28 = 29°C = 302 K 2 1 1 = = 3.31x10−3 / K Tf 302 μ 2

V -5

2

-6

Cp

K

(Ns/m )x 10

(m /s) x 10

(kJ/kg°C)

(W/m°C)

300

1.8462

15.69

1.0057

0.02624

302

μ(29°C)

v(29°C)

Cp(29°C)

k(29°C)

350

2.075

20.76

1.0090

0.03003

Contoh perhitungan 302 − 300 (2.075 − 1.8462) = 1.86 x10−5 Ns/m2 350 − 300

•

μ(29.5°C) = 1.8462 +

•

v(29.5°C) = 15.69 +

•

Cp(29.5°C) = 1.0057 +

302 − 300 ( 20.76 − 15.69 ) = 1.59 x10−5 m2/s 350 − 300 302 − 300 (1.0090 − 1.0057 ) = 1.00587 kJ/kg°C 350 − 300

72

Lampiran 7. Lanjutan •

k(29.5°C) = 0.02624 +

•

Pr =

302 − 300 ( 0.03003 − 0.02624 ) = 0.026 W/m°C 350 − 300

(Cpμ ) = (1005.6)(1.78 x10 −5 ) = 0.72 0.025

k

g β ΔTx3

•

Gr =

•

Ra = Gr x Pr

ν2

(

=

( 9.8) ( 3.311x10−3 ) ( 303 − 301)( 0.6 )

(1.59 x10 ) −5

2

3

= 55.45 x106

)

= 55.45 x106 ( 0.72 ) = 39.92 x106 •

Untuk GrPr = 39.92 x 106, maka :

•

C = 0.15

•

m = 1/3

•

Nux = C (GrPr)1/3 = 0.15 ( 39.92 x106 )

1

3

= 51.27 •

hout =

Nu.k ( 51.27 )( 0.026 ) = = 2.22 W/m2°C x 0.60

73

Lampiran 8. Perhitungan beban pendinginan DATA : Massa jamur

= 5 kg

Panas jenis jamur (Cp)

= 3893.91 kg°C

Panas respirasi jamur (r)

= 0.9389 kg°C

Suhu awal bahan (T0)

= 25°C

Suhu akhir bahan (Ti)

= 14°C

Suhu ruang pendingin (Tr)

= 14°C

Suhu lingkungan (Ta)

= 30°C

lama pendinginan (t)

= 3 jam = 10800 s

luas permukaan dinding atas (Aa)

= 0.51 m2

luas permukaan dinding bawah (Abw)

= 0.51 m2

luas permukaan dinding kiri (Aki)

= 0.45 m2

luas permukaan dinding kanan (Aka)

= 0.45 m2

luas permukaan dinding depan (Ad)

= 0.46 m2

luas permukaan dinding belakang (Abl)

= 0.45 m2

Nilai konduktifitas bahan dinding (k) : Alumunium (k1)

= 250 W/m°C

triplek (k2,k4)

= 0.13 W/m°C

Styrofoam (k3)

= 0.043 W/m°C

karton gelombang (k5)

= 0.064 W/m°C

Tebal bahan dinding (x) : plat alumunium (x1)

= 0.002 m

triplek (x2,x4)

= 0.04 m

styrofoam (x3)

= 0.1 m

karton gelombang (x5)

= 0.005 m

sirip dalam (x6)

= 0.004 m

sirip luar (x7)

= 0.004 m

alumunium kulit jeruk (x8)

= 0.003 m

74

koefisien pindah panas konveksi (h) : dinding atas

: hin hout

dinding bawah

: hin hout

dinding kiri

: hin hout

dinding kanan

: hin hout

dinding depan

: hin hout

dinding belakang

: hin hout

= 1.23 W/m2°C = 1.77 W/m2°C = 1.23 W/m2°C = 2.22 W/m2°C = 1.38 W/m2°C = 2.22 W/m2°C = 1.38 W/m2°C = 2.22 W/m2°C = 1.38 W/m2°C = 2.22 W/m2°C = 3.08 W/m2°C = 2.22 W/m2°C

HASIL PERHITUNGAN : A. Beban panas yang melalui dinding (Qd) : 1. dinding atas (Qda) •

koefisien pindah panas total, Uda (W/m2°C) U da =

U da =

1

⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎜⎜ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎝ hin

⎞ ⎟⎟ ⎠

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.23 250 0.13 0.043 0.13 250 1.77 ⎠

U da = 0.23W / m 2 °C •

Qda = Uda x Aa x (Ta-Tr) Qda = 0.23 x 0.51 x (30-14) Qda = 1.88 Watt

75

2. dinding bawah (Qbw) •

koefisien pindah panas total, Ubw (W/m2°C)

U bw =

U bw =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎟⎠ ⎝ hin 1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.23 250 0.13 0.043 0.13 250 2.22 ⎠

U bw = 0.24W / m 2 °C •

Qda = Uda x Aa x (Ta-Tr) Qda = 0.24 x 0.51 x (30-14) Qda = 1.96 Watt

3. dinding kiri (Qki) •

koefisien pindah panas total, Uki (W/m2°C) U ki =

U ki =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎟⎠ ⎝ hin 1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎟ ⎜ ⎝ 1.38 250 0.13 0.043 0.13 250 2.22 ⎠

U ki = 0.24W / m 2 °C •

Qdki = Udki x Aki x (Ta-Tr) Qdki = 0.24 x 0.45 x (30-14) Qdki = 1.73 Watt

76

4. dinding kanan (Qka) •

koefisien pindah panas total, Uka (W/m2°C) U ka =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎟⎠ ⎝ hin

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.38 250 0.13 0.043 0.13 250 2.22 ⎠ = 0.24W / m 2 °C

U ka =

U ka •

Qdka = Udka x Aka x (Ta-Tr) Qda = 0.24 x 0.45 x (30-14) Qda = 1.73 Watt

5. dinding depan (Qdp) •

koefisien pindah panas total, Udp (W/m2°C) U dp =

U dp =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎜⎜ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎝ hin

⎞ ⎟⎟ ⎠

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.38 250 0.13 0.043 0.13 250 2.22 ⎠

U dp = 0.24W / m 2 °C

•

Qdka = Udka x Aka x (Ta-Tr) Qda = 0.24 x 0.46 x (30-14) Qda = 1.77 Watt

77

6. dinding belakang (Qbl) U bl =

U bl =

1

⎛ 1 Δx1 Δx5 Δx 2 Δx7 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟ + + + + + + k1 k5 k2 k1 k1 hout ⎟⎠ ⎝ hin

1 0.002 0.02 0.002 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 3.08 250 0.13 250 2.22 ⎠

U bl = 1.076W / m 2 °C •

Qbl = Udbl x Abl x (Ta-Tr) Qdbl = 1.076 x 0.45 x (30-14) Qdbl = 7.78 Watt

Beban panas yang melalui dinding, Qd = 16.85 Watt B. Beban produk (Qp) : •

Beban panas sensible (Qs) : Qs = m x cp x (T0-Ti) Qs = 5 x 3893.91 x (25-14) Qs = 214165.05 J untuk lama pendinginan 3 jam , Qs =

214165.05 J 3 x7200 s

Qs = 9.9 Watt •

Beban panas respirasi (Qr) : Qr = m x r Qr = 5 x 0.9389 Qr = 4.69 Watt

•

Beban produk, Qp = 14.6 Watt

C. Beban Pendinginan Total (Qtot) = Qd + Qp •

Qtot = 16.85 + 14.6

•

Qtot = 31.45 Watt

78

Lampiran 9. Contoh perhitungan beban pendinginan actual pada kondisi I DATA : Suhu ruang pendingin (Tr)

= 28.70 °C

Suhu lingkungan (Ta)

= 31.40 °C

lama pendinginan (t)

= 3 jam = 10800 s

luas permukaan dinding atas (Aa)

= 0.51 m2

luas permukaan dinding bawah (Abw)

= 0.51 m2

luas permukaan dinding kiri (Aki)

= 0.45 m2

luas permukaan dinding kanan (Aka)

= 0.45 m2

luas permukaan dinding depan (Ad)

= 0.46 m2

luas permukaan dinding belakang (Abl)

= 0.45 m2

Nilai konduktifitas bahan dinding (k) : Alumunium (k1)

= 250 W/m°C

triplek (k2,k4)

= 0.13 W/m°C

Styrofoam (k3)

= 0.043 W/m°C

Tebal bahan dinding (x) : plat alumunium (x1)

= 0.002 m

triplek (x2,x4)

= 0.04 m

styrofoam (x3)

= 0.1 m

sirip dalam (x6)

= 0.004 m

sirip luar (x7)

= 0.004 m

alumunium kulit jeruk (x8)

= 0.003 m

koefisien pindah panas konveksi (h) : dinding atas

: hin hout

dinding bawah

: hin hout

dinding kiri

: hin

= 1.11 W/m2°C = 0.64 W/m2°C = 1.11 W/m2°C = 0.64 W/m2°C = 1.39 W/m2°C

79

Lampiran 9. Lanjutan hout dinding kanan

: hin hout

dinding depan

: hin hout

dinding belakang

: hin hout

= 4.30 W/m2°C = 1.39 W/m2°C = 4.30 W/m2°C = 0.87 W/m2°C = 4.30 W/m2°C = 1.65 W/m2°C = 1.00 W/m2°C

HASIL PERHITUNGAN : A. Beban panas yang melalui dinding (Qd) : dinding atas (Qda) •

koefisien pindah panas total, Uda (W/m2°C) U da =

U da =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎜⎜ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎝ hin

⎞ ⎟⎟ ⎠

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎟ ⎜ ⎝ 1.11 250 0.13 0.043 0.13 250 0.64 ⎠

U da = 0.20W / m 2 °C •

Qda = Uda x Aa x (Ta-Tr) Qda = 0.20 x 0.51 x (31.4-28.7) Qda = 0.35 Watt

dinding bawah (Qbw) •

koefisien pindah panas total, Ubw (W/m2°C) U bw =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎟⎠ ⎝ hin

80

Lampiran 9. Lanjutan

U bw =

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.11 250 0.13 0.043 0.13 250 0.64 ⎠

U bw = 0.35W / m 2 °C •

Qda = Uda x Aa x (Ta-Tr) Qda = 0.35 x 0.51 x (31.4-28.7) Qda = 0.35 Watt

dinding kiri (Qki) •

koefisien pindah panas total, Uki (W/m2°C) U ki =

1

⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ + + + + + + h k k k k k h 1 2 3 2 1 out ⎠ ⎝ in

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.39 250 0.13 0.043 0.13 250 4.30 ⎠ U ki = 0.20W / m 2 °C U ki =

•

Qdki = Udki x Aki x (Ta-Tr) Qdki = 0.20 x 0.45 x (31.4-28.7) Qdki = 0.23 Watt

dinding kanan (Qka) •

koefisien pindah panas total, Uka (W/m2°C) U ki =

1

⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎟⎠ ⎝ hin

81

Lampiran 9. Lanjutan

U ki =

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ ⎝ 1.39 250 0.13 0.043 0.13 250 4.30 ⎠

U ki = 0.20W / m 2 °C •

Qdki = Udki x Aki x (Ta-Tr) Qdki = 0.20 x 0.45 x (31.4-28.7) Qdki = 0.23 Watt

dinding depan (Qdp) •

koefisien pindah panas total, Udp (W/m2°C) U dp =

1

⎛ 1 Δx1 Δx 2 Δx3 Δx 4 Δx8 1 ⎜⎜ + + + + + + k1 k2 k3 k2 k1 hout ⎝ hin

⎞ ⎟⎟ ⎠

1 0.002 0.04 0.1 0.04 0.003 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + + + ⎜ ⎟ 250 0.13 0.043 0.13 250 4.30 ⎠ ⎝ 0.87 = 0.25W / m 2 °C

U dp =

U dp

•

Qdka = Udka x Aka x (Ta-Tr) Qda = 0.25x 0.46 x (31.4-28.7) Qda = 0.29 Watt

dinding belakang (Qbl) U bl =

U bl =

1 ⎛ 1 Δx1 Δx5 Δx 2 Δx7 Δx8 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ + + + + + + 1 5 2 1 1 h k k k k k h out ⎠ ⎝ in

1 0.002 0.02 0.002 1 ⎞ ⎛ 1 + + + + ⎟ ⎜ ⎝ 1.65 250 0.13 250 1 ⎠

U bl = 2.67W / m 2 °C

82

Lampiran 9. Lanjutan •

Qbl = Udbl x Abl x (Ta-Tr) Qdbl = 2.67 x 0.45 x (31.4-28.7) Qdbl = 3.02 Watt

Beban panas yang melalui dinding, Qd = 4.39 Watt Beban Pendinginan Total (Qtot) = 4.39 W

83

Lampiran 10. Contoh perhitungan efisiensi sirip pada kondisi I DATA : Tebal sirip

: 3 mm = 3 x 10-3 m

Panjang sirip

: 30 cm = 0.3 m

K alumunium

: 229 W/m°C

T sirip pembuang panas

: 36.7°C

T air dalam bak sirip pembuang panas

: 32.9 °C

T ruang pendingin

: 28.70°C

Koefisien konveksi udara (299.5K)

: 17.5 W/m2°C

Koefisien transfer panas sisi air

:

• • • •

T = 32.9°C V = 0.2 m/s L = 0.30 m Sifat-sifat air pada suhu 34.8 °C = 307.8 K

T (K)

μ 2

v -3

2

-7

Cp

K

(Ns/m )x 10

(m /s) x 10

(kJ/kg°C)

(W/m°C)

0.73

7.38

4.183

0.624

307.8

(Cpμ ) = (4183)(0.73x10 −3 ) = 4.9 x10 −3

•

Pr =

•

Gr =

•

Ra = Gr x Pr

0.624

k

gβ ΔTx 3 9.8 x3.07 −3 x(309.7 − 305.9 )x(0.3) = = 383443534.22 2 v2 7.38 x10 −7 3

(

)

= 0.38 x10 9 x 4.9 x10 −3 = 1.88 x 10 6 •

Untuk GrPr = 1.88 x 106, maka :

•

C = 0.54

•

m = 1/4

•

NuL = C (GrPr)1/3

(

= 0.54 1.88 x10 6

)

1

3

= 66.76

84

•

2h = kΔx

mL =

k=

Af A0

hout =

Nu.k 66.76 x0.624 = = 347.31 W/m2°C L 0.3 2 x347.31 = 0.95 229 x0.003

tanh mL tanh 0.95 = = 0.78 mL 0.95 =

2 L + Δx = 0.91 2L + δ

η = 1−

Af A0

(1 − k ) = 1 − 0.91(36.7 − 32.9) = 0.80

85

Lampiran 11. Contoh perhitungan laju pindah panas pada sirip pembuang panas Data : Diameter pipa dalam Diameter pipa luar Koefisien konveksi Suhu lingkungan Suhu sirip pembuang panas Suhu air dalam bak sirip pembuang panas Suhu air dalam pipa Lebar sirip Tebal sirip Panjang sirip K alumunium T sirip pembuang panas T air dalam bak sirip pembuang panas T ruang pendingin Koefisien konveksi udara (299.5K)

: 1 cm = 0.01 m : 1 mm = 0.011 m : 145.6 W/m2K : 27 °C : 29.9 °C : 29.3°C : 27.3 °C : 3 cm : 3 mm = 3 x 10-3 m : 30 cm = 0.3 m : 229 W/m°C : 36.7°C : 32.9 °C : 28.70°C : 17.5 W/m2°C

1. Pada pipa ada tiga resistansi termal yang harus dihitung R1 ( konveksi dalam) = 1 [(1612.36)x(π x 0.01) x(1.6m )] R1 = 0012 K/W R2 (R konveksi luar) =

1 [(347.31)x(π x 0.01)(1.6m )]

R2 = 0.052 K/W ln (0.011 / 0.01) 2π (128)(1.6m ) -5 R3 = 7.4 x 10 K/W R3 (R konduksi) =

2. Pada sirip pembuang panas R1 (R konduksi I) = 0.004

[229 x(0.3) x(0.12)]

R1 = 0.0005 K/W R2 ( R konduksi II) =

0.004 [229 x0.25]

R2 = 0.0006 K/W R3 ( R konveksi bebas) =

1 347.31x0.25

R3 = 0.011 K/W

86

Lampiran 11. Lanjutan Sehingga laju pindah panas yaitu :

q1 =

q2 =

36.7 − 32.9 =312.63 W [0.0005 + 0.0006 + 0.011]

36.7 − 32.9 = 43.52 W 0.012 + 0.052 + 7.41x10 −5

[

]

Keterangan : Q1 : pindah panas pada sirip pembuang panas Q2 : pindah panas pipa kuningan

87

Lampiran 12. Perhitungan range dan approach pada menara pendingin DATA : Waktu (t) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Rata-rata Diketahui :

Tmasuk

Tkeluar 26.4 27.0 27.3 27.3 27.6 27.8 27.9 28.2 28.2 28.4 28.6 28.8 28.9 29.1 29.1 29.3 29.4 29.4 29.6

28.33

Tbb 26.2 26.6 26.9 27.2 27.3 27.6 27.7 27.8 28.1 28.2 28.4 28.5 28.6 28.8 28.9 29.0 29.2 29.2 29.4

28.08

Tbk 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.0 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.7 23.7

23.23

25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 26.0 26.0 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 26.5 27.0 27.0

25.87

L = Laju Aliran air = 1400 ltr/ jam = 1400/ 3600 = 0.39 kg/ detik G = Laju Aliran Udara = 0.4 kg/ detik

Δt = Tmasuk - Tkeluar = 28.33 – 28.08 = 0.250 C Approach = 28.08-23.3 = 4.78°C Range = 28.33 – 28.08 = 0.250 C

88

89